一種基于ofdm波形的單頻網外輻射源雷達成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于外輻射源雷達目標探測技術領域，尤其涉及一種基于0FDM波形的單 頻網數字廣播電視信號的外輻射源雷達成像方法。
【背景技術】
[0002] 外輻射源雷達是一種利用第三方發射的電磁信號進行目標探測的雙/多基地雷 達系統。因其具有研制和維護成本低、反隱身、抗摧毀能力強等諸多優勢，近年來逐漸受到 人們重視并成為新體制雷達的研宄重點。國內外已成功研制了多種原理性驗證系統，獲得 了大量實測數據，外輻射源雷達基礎理論與關鍵技術取得了突破性進展。在萬顯榮的論文 (基于低頻段數字廣播電視信號的外輻射源雷達發展現狀與趨勢，雷達學報，2012, Vol. 1， No. 2, pp. 1-15)中對低頻段（HF/VHF/UHF)數字廣播電視信號外輻射源雷達的發展現狀和 趨勢進行了詳細的論述。
[0003] 隨著外輻射源雷達理論研宄不斷深入，其功能也不斷得到擴展，近年來研宄利用 外輻射源進行非合作目標成像吸引了眾多研宄者的興趣。目前較為成熟的外輻射源雷達系 統大多采用單發單收的雙基幾何配置。在雙基配置下，由于通常利用的外輻射源一般是商 用廣播或電視發射信號，其帶寬較窄，從而導致圖像距離分辨率嚴重不足。其次，外輻射源 雷達工作頻段較低，對于方位上的分辯需要更大的相干積累角，這在實際應用中通常難以 滿足。
[0004] 新一代數字廣播電視廣泛采用兩項關鍵技術，即正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)技術和單頻網（Single Frequency Network, SFN) 技術。OFDM技術是一種特殊的多載波傳輸方案，其核心思想是將給定信道劃分為多個正交 的子信道，每個子信道用一個子載波進行傳輸，并且所有子載波采用并行傳輸，因而具有頻 譜利用率高、抗多徑衰弱能力強等優點。0FDM波形由于存在多個正交的子載波，因此允許對 每一個子載波單獨進行層析成像，從而最大限度的利用0FDM提供的頻率分集。
[0005] SFN技術指的是若干個發射臺同時在同一頻段發射相同信號，以實現對一定服務 區的可靠覆蓋。SFN最突出的優點在于其頻譜資源利用效率的提高。作為外輻射源雷達 的一種重要的機會照射源，在萬顯榮的論文（單頻網分布式外輻射源雷達技術，雷達學報， 2014, Vol. 3, No. 6, pp. 623-631)中明確提出了單頻網分布式外輻射源雷達的概念，論述了 該體制雷達的主要特性及面臨的核心問題并對其應用前景進行了展望。在SFN配置下，布 置一個或多個接收站即可構成多發一收或多發多收探測系統，因此基于SFN照射源的外輻 射源雷達必然是分布式和網絡化的。分布式多傳感網絡提供了諸多優勢，由于各個發射站 照射目標的角度不同，回波樣本在波數域的覆蓋范圍將大大擴展，從而可顯著提高成像性 能。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是在實現傳統外輻射源雷達的目標檢測、跟蹤功能以外，充分利用 現代數字廣播電視信號的特點，提出一種基于OFDM波形的單頻網外輻射源雷達成像方法， 該方法使得外輻射源雷達成像性能顯著提高，從而為進一步研宄利用外輻射源雷達進行非 合作目標識別奠定基礎。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0008] 本發明提出的一種基于0FDM波形的單頻網外輻射源雷達成像方法，其所利用的 機會照射源采用兩項關鍵技術，即0FDM技術和SFN技術。0FDM的多載波結構允許對每一個 子載波分別進行層析成像，從而可最大限度的利用0FDM提供的頻率分集；SFN中各個發射 站照射目標的角度不同，回波樣本在波數域的覆蓋將大大擴展，從而可顯著提高成像性能。
[0009] 所述一種基于0FDM波形的單頻網外輻射源雷達成像方法，主要包括以下步驟：
[0010] 步驟1，對0FDM信號進行正交解調以獲取每一個子載波數據。
[0011] 步驟2,對解調出的每一個子載波分別進行層析成像并對所有子載波成像結果進 行相干融合以得到單個雙基對目標圖像。
[0012] 步驟3,對所有雙基對目標圖像進行融合以獲取最終高分辨目標圖像。
[0013] 所述對0FDM信號進行正交解調以獲取每一個子載波數據，其特征在于，包括以下 子步驟：
[0014] 步驟1. 1，對接收到的第m個發射站信號進行分段，對第i段信號首先去除循環前 綴再進行傅里葉變換得到，
[0015] Sji，k)=工工 〇(X，y)dkT exp(_j2Jr(fc+k A f)tmn)dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0016] 其中〇 (x，y)為目標反射率函數，dk是分配給每一個子載波的數據符號，T表示 0FDM符號有效數據體持續時間，f。是載頻，A f是子載波間隔，t_是第m個雙基對時延，N 表示子載波個數。
[0017] 步驟1. 2,在接收端恢復出原始的數據符號dk。
[0018] 步驟1. 3,將S"(i，k)與原始數據符號dk的共軛進行相乘得到，
[0019]Sji，k) = / / 〇(X，y)CT exp(_j2Jr(fc+k A f)tJdxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0020] 其中<必為常數。
[0021] 所述對解調出的每一個子載波分別進行層析成像并對所有子載波成像結果進行 相干融合以得到單個雙基對目標圖像，其特征在于，包括以下子步驟：
[0022] 步驟2. 1，去除S"(i，k)中與成像無關的固定項并通過變量代換得到，
[0023] Sji，k) = J"〇(X，y)exp(j2Jr(xkx+yky))dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0024] 其中x、y為目標散射點坐標，^^(sii^+d + sinp +A))、W(cos(0+ i) +cos(0+朽)） 為波數，為第k個子載波波長，0為目標轉動角度，A和％分別為發射站和接收站方位 角。
[0025] 步驟 2. 2,令
_，則夂=2/f1 sin(a)，& = cos(?)，于 是Smn(i，k)可改與為，
[0027] 將kx、ky的表達式代入#⑷中得，
[0029] 步驟2. 3,對C(UV)進行傅里葉變換得到，
[0031] 步驟2. 4,將〇 (x，y)轉換為極坐標格式即得到對應于第m個發射站的第k個子載 波的目標圖像為，
[0032]
[0033] 其中巧,丨(《)為，
[0034]
[0035] 于是得到第m個雙基對目標圖像為，
[0036]
[0037] 所述對所有雙基對目標圖像進行融合以獲取最終高分辨目標圖像，其特征在于， 通過以下表達式實現：
[0038]
[0039] 與現有技術相比，本發明除具備常規外輻射源雷達的低成本、抗干擾能力強、隱蔽 性好、電磁兼容性好等一般優勢外，還因充分結合現代數字廣播電視信號的特性呈現出新 特點：
[0040] 1)本發明的方法對0FDM波形每一個子載波進行層析成像，最大限度的利用0FDM 提供的頻率分集，從而有利于成像分辨率的提尚；
[0041] 2)單頻網中各個發射站照射目標的角度不同，回波樣本的波數域覆蓋范圍將大大 擴展，從而進一步提尚成像性能；
[0042] 3)本發明的方法使得現代數字廣播電視信號在提高目標成像分辨率方面的優勢 得以發揮；
[0043] 4)單頻網配置下，布置一個接收站即可構成多發一收探測系統，且接收機只需工 作于一個頻帶，因此接收系統相對于多頻網得到簡化。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發明實施例中0FDM信號結構圖。
[0045] 圖2為本發明實施例中單頻網外輻射源雷達收發站布局圖。
[0046] 圖3為本發明成像方案處理流程圖。
[0047] 圖4為本發明實施例中目標散射點模型。
[0048] 圖5-1為本發明實施例中發射站位置為仍=1〇°、％=25°、外=-15°，接收站位置 為口 = 〇°，目標轉動角度0 =13°時成像結果。
[0049] 圖5-2為本發明實施例中發射站位置為約=1〇°、％=25°、朽=-1 5°，接收站位置 為p = ，目標轉動角度0 = 18°時成像結果。
[0050] 圖6-1為本發明實施例中發射站位置為奶=10°、％二25°、％ =-15°、=-30°， 接收站位置為P = 目標轉動角度0 =13°時成像結果。
[0051] 圖6-2為本發明實施例中發射站位置為仍=10' % =25°、=-15fl、％ z-3011， 接收站位置為P = 〇°，目標轉動角度0 =18°時成像結果。
【具體實施方式】
[0052] 下面以具體實施例結合附圖對本發明作進一步說明。
[0053] 圖1為本發明實施例中0FDM信號結構圖。設發射的第i個0FDM多載波信號形式 為：
[0055] 其中N是子載波個數，t表示時間，dn是分配給每個子信道的數據符號，A f是相 鄰子載波之間的頻率間隔，滿足OFDM子載波正交條件，A f = 1/T，T為OFDM符號有效數據 體持續時間。如圖1所示，廣