基于循环前缀的mimo-ofdm雷达成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种多输入多输出正交频分复用MIM0-0FDM 合成孔径雷达SAR的成像方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代雷达技术的发展，多输入多输出MMO雷达己经被广泛研究，成为现代雷 达体系的一个重要研究方向。分集MIMO雷达具有空间多样性，能够有效地提高空间分辨 率。但是，为了保证分集MMO雷达的空间多样性，多个发射天线所发射的信号波形必须相 互正交，这对于具有高距离和方位分辨率的合成孔径雷达来说通常是很难设计的。因此，如 何进行MMOSAR系统的波形设计是当前研究的一个重点问题。
[0003] 现有的MMOSAR系统波形设计为了保证空间多样性，多个波形间采用互不重叠的 频带，这种方法由于降低了距离分辨率，会引起距离模糊。如果要保证距离分辨率不降低， 则多个波形间就需要采用相同的频带，但是这样不同波形的时域延迟形式就不是相互正交 的，对于MIMOSAR系统就不能获得全空间多样性。
[0004] 正交频分复用OFDM波形近年来被应用在SAR系统中。为了获得适用于MMOSAR 成像的一组正交OFDM波形，研究者们提出了频率域的交互框架结构，该结构将有效带宽划 分为一些互不重叠的子带。但是，这些SAR成像方法均采用传统的匹配滤波器，会产生距离 单元间干扰IRCI，影响成像的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了 一种基于循环前缀的 MMO-OFDM雷达成像方法，以避免距离单元间干扰IRCI的产生，提高成像性能。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0007] (1)根据MMO雷达需要发射正交波形的要求，设计基于循环移位ZadofT-Chu序列 作为MMO-OFDM雷达各天线发射的离散时域波形Sm(n)，m= 1，…，MT，n= 0,…，N-I，其中 Mt为发射天线个数，N为子频带个数；
[0008] (2)在各发射天线的离散时域波形S111(Ii)的开头插入一个长度为L的循环前缀，得 到插入循环前缀后的信号：
【主权项】
1. 一种基于循环前缀的MIMO-OFDM雷达成像方法，包括如下步骤： (1) 根据MMO雷达需要发射正交波形的要求，设计基于循环移位ZadofT-ChU序列作为 MIM0-0FDM雷达各天线发射的离散时域波形Sm(n)，m = 1，…，Μτ，η = 0,…，N-I，其中吣为 发射天线个数，N为子频带个数； (2) 在各发射天线的离散时域波形Sm (η)的开头插入一个长度为L的循环前缀，得到插 入循环前缀后的信号：
(3) 对插入循环前缀后的信号Um(η)进行数/模变换，得到连续时间信号um(t)，并在该 Um(t)中加入雷达载频f。，产生各发射天线的发射信号； (4) 接收阵列天线通过多个空间滤波器将全测绘带划分成Q个子测绘带，并得到各子 测绘带的基带离散回波信号为rp(n)，0彡η < N+Lp+L-1，1彡p彡Q，其中Lp为第p个子测 绘带的距离单元数； (5) 对各子测绘带的基带离散回波信号rp(η)进行无距离单元间干扰的距离重建， 得到每个天线全测绘带的雷达散射截面积RCS系数为屯(11) = [111，111(11)，"％\111(11)，··· ，h Q，m(n)]，m = 1，…，Μτ，0彡η < Lp,该RCS系数即为雷达的距离像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤（1)所述的设计基于循环移位ZadofT-Chu序 列作为MIM0-0FDM雷达各天线发射的离散时域波形S m(η)，按如下步骤进行： la) 采用Zadoff-Chu序列产生第一个天线的频域波形：
其中，μ是一个小于N并与N互质的整数，<N>2表示N除以2的余数，j表示虚数单位； lb) 对S1 (k)进行N点逆离散傅立叶变换IDFT，得到S1 (k)的离散时域波形为：
其中（· Γ表示取复共轭，S i (0)表示0时刻的时域波形，η = 0,…，N-I ; lc) 设计第二个天线的频域波形为：
其中 β = exp (-j π μ Ν/4)，S1 (<k-N/2>N) = β S1 (k) exp (j π k)是位移量为 Ν/2 的 S1GO的循环移位表示式； ld) 对S2 (k)进行N点IDFT，得到S2 (k)的离散时域波形为： S2 (η) = β iS1 (n) exp (j ji η), η = 0, ···, N-I ； le) 利用步骤lc)和Id)中所采用的设计方法，得到Sm(k)的离散时域波形为： Sm (η) = β iSnrl (n) exp (j π η), m = 2, 3,…，Μτ, η = 0,…，N-I。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤（4)所述的接收阵列天线通过多个空间滤波 器将全测绘带划分成Q个子测绘带，并得到各子测绘带的基带离散回波信号r p (η)，按如下 步骤进行： 4a)接收阵列天线通过多个空间滤波器将全测绘带划分为Q个子测绘带，所有子测绘 带的最大距离单元L。满足LΝ/Μτ，其中L。= max(L D…，Lp,…，Lq)，max( ·)表示求最大 值，Lp为第p个子测绘带的距离单元数，并且每个发射OFDM波形的循环前缀长度L = L。； 4b)采用模/数变换对回波信号采样，得到第p个子测绘带的基带离散接收信号为：
其中hp;m(l) = gp(l)hm(l)，
表示第P个空间滤波响应， rect( ·)表示矩形窗函数，hm(l)表示第m个发射波形对应的第1个距离单元的雷达散射 截面积RCS系数，v(n)表示第η个采样点的噪声。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤（4)所述的对各子测绘带的基带离散回波 信号rp (η)，进行无距离单元间干扰的距离重建，得到每个天线全测绘带的雷达散射截面积 RCS系数hm (η)，按如下步骤进行： 5a)从4(11)中的第L个采样点开始采样N点，得到移除4(11)中的循环前缀部分后的 时域信号：
5b)对Zd (η)作N点离散傅里叶变换DFT，得到该时域信号对应的频域信号：
5c)采用各天线发射的频域波形Sm(k)，m = 1，…，M1^ZpGO进行离散频率域匹配滤 波，得到进行匹配滤波后的结果为：
5d)对Yp，m (k)两边采用N点离散逆傅立叶变换IDFT，得到原始子测绘带RCS系数为：
5e)将各原始子测绘带RCS系数tvm(n)组合为一个向量，得到每个天线全测绘带的雷 达散射截面积RCS系数为： hm (n) = Qilim (η)，...，hp，m (η)，...，hQ，m (n) ]，m = 1，...，MT，O 彡 η < Lp,该 RCS 系数即为 雷达的距离像。
【专利摘要】本发明提出一种基于循环前缀的MIMO-OFDM雷达成像方法，主要解决现有技术中存在距离单元间干扰的问题。其实现过程是：设计基于循环移位Zadoff-Chu序列作为MIMO-OFDM各天线发射的离散时域波形；在各离散时域波形的开头插入循环前缀；对插入循环前缀的信号进行数/模变换，并加入雷达载频，产生各发射天线的发射信号；通过多个空间滤波器将全测绘带划分成多个子测绘带，得到各子测绘带的基带离散回波信号，并对该信号进行无距离单元间干扰的距离重建，实现成像。本发明能够避免距离单元间干扰的影响，在保证高距离分辨率和空间分集性的前提下，更有效地重建距离像，可用于合成孔径雷达的探测和成像过程。
【IPC分类】G01S13-90
【公开号】CN104678395
【申请号】CN201510112667
【发明人】曹运合, 王宇, 夏香根, 王胜华, 周生华, 谢荣
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月15日