播信號通常采用連續波發射并具有周期1'(|=1^+1'，1 〇)為循環 前綴持續時間。因此發射信號可表示為，
[0057] 其中fc為載頻。
[0058] 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。為了簡化起見，研 宄對象選取二維平面目標，發射源和接收機也分布于該二維平面上。如圖2所示，成像系 統由多個發射源和一個接收機構成，以目標中心為坐標原點建立坐標系，并規定y軸正半 軸為零度，逆時針為正。設第111個發射站7；(;;"，％,)位置矢量為》；1=^ 1〇?%，(；08&)(111 = 1，2, . . .，M，M為發射站數目），仏為發射站方位角，任意位置接收機見(r"，％)位置矢量為 rn =rn(sim(pn,Q〇^(pn),朽為接收站方位角，目標上某散射點位置矢量為r = 〃(.、'/哪，cosy?)。對 于分布式目標，設目標的散射函數為〇 (x，y)，則發射源Tm發射的信號經目標散射后被接收 機Rn接收到的回波基帶信號為，
[0060] 其中Tmn為雙基時延，在遠場近似下，其表達式為，
[0061]
[0062] 0為目標轉動角度，c為光速。
[0063] 圖3為本發明成像方案處理流程圖。具體實施步驟為：
[0064] 步驟1，對0FDM信號進行正交解調以獲取每一個子載波數據。其具體實現包括以 下子步驟：
[0065] 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，
[0066]Sji，k) = / / 〇 (X，y)dkTexp(_j2 Jr (fc+k A f)tmn)dxdy，k = 0, 1，? ??，N-1。
[0067] 步驟1. 2,在接收端恢復出原始的數據符號dk。
[0068] 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，
[0069] Sji，k) = / / 〇(X，y)CTexp(_j2Jr(fc+k A f)tJdxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0070] 其中(：=4，<為常數。
[0071] 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。其具體實現包括以下子步驟：
[0072] 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，
[0073] Sji，k) = / /〇(X，y)exp(j2Jr(xkx+yky))dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0074] 其中 x、y 為目標散射點坐標，KXe + d + sinp十代)）、K(cos(^+t)+cos(0 +爐")) 為波數，Ak為第k個子載波波長，0為目標轉動角度。
[0075] 步驟2. 2,令
于 是Smn(i，k)可改與為，
[0077] 將kx、ky的表達式代入欠;丨⑷中得，
[0079] 步驟2. 3,對進行傅里葉變換得到，
[0081] 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，
[0082]
[0083] 其中巧：(《)為，
[0084]
[0085] 于是得到第m個雙基對目標圖像為，
[0086]
[0087] 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，其特征在 于，通過以下表達式實現：
[0088]
[0089] 圖4為本發明實施例中目標散射點模型。該模型由9個散射點組成，其長度為14m， 寬為10m。
[0090] 圖5-1為本發明實施例中發射站位置為只=1〇°、％=25°、15°，接收站位置 為?> = 〇°，目標轉動角度0 =13°時成像結果。可見當發射站數目為3,目標轉角為13° 時，目標輪廓已清晰可見，但散射中心旁瓣有一定展寬。
[0091] 圖5-2為本發明實施例中發射站位置為仍=1〇°、％=25°、接收站位置 為供=〇°，目標轉動角度0 =18°時成像結果。可見當目標轉角增大到18°時，散射中心 旁瓣水平略有降低。
[0092] 圖6-1為本發明實施例中發射站位置為只=1〇°、％ = 25°、％ = -15°、％ = -30°，接 收站位置為P = ，目標轉動角度0 = 13°時成像結果。當發射站個數增加時，回波樣本波 數域覆蓋范圍得到擴展，圖像分辨率有大幅提高。
[0093] 圖6-2為本發明實施例中發射站位置為奶=10°、供2 = 25°、奶二-15°、％ = -30°，接收 站位置為^ = 〇°，目標轉動角度0 =18°時成像結果。此時，散射中心旁瓣水平有了極大 的降低，圖像分辯率顯著提高。
[0094] 本發明實施例中的仿真數據分析證明了本發明方法的有效性。
[0095] 本發明中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術 領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式 替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1. 一種基于OFDM波形的單頻網外福射源雷達成像方法，其特征在于：利用OFDM波形 的單頻網數字廣播電視信號作為機會照射源來進行目標成像，OFDM波形的多載波結構允 許對每一個子載波分別進行層析成像；單頻網中各個發射站照射目標的角度不同，多基拓 撲結構能大大提高回波樣本在波數域的覆蓋范圍，從而顯著提高成像性能。2. 根據權利要求1所述的一種基于OFDM波形的單頻網外福射源雷達成像方法，其特征 在于，包括W下步驟： 步驟1，對(FDM信號進行正交解調W獲取每一個子載波數據； 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W得到單個雙基對目標圖像； 步驟3,對所有雙基對目標圖像進行融合W獲取最終高分辨目標圖像。3. 根據權利要求2所述的一種基于OFDM波形的單頻網外福射源雷達成像方法，其特征 在于，步驟1所述對OFDM信號進行正交解調W獲取每一個子載波數據，包括W下子步驟： 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， S"(i,k)=/I〇(x,y)djexp(-j2jt(f,+kAf)tJdxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中0 (x，y)為目標散射函數，dk是分配給每一個子載波的數據符號，T表示OFDM符 號有效數據體持續時間，f。是載頻，Af是子載波間隔，Tm。是第m個雙基對時延，N表示子 載波個數； 步驟1. 2,在接收端恢復出原始的數據符號dk; 步驟1. 3,將Sm"(i，k)與原始數據符號dk的共輛進行相乘得到， S"(i,k)=/I〇(x,y)CTexp(-j2jt(f,+kAf)tJdxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中r=為常數。4. 根據權利要求3所述的一種基于OFDM波形的單頻網外福射源雷達成像方法，其特征 在于，步驟2所述對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，包括W下子步驟： 步驟2. 1，去除Sm"(i，k)中與成像無關的固定項并通過變量代換得到， S"(i,k) = // 0 (x,y)exp(j2 31 (xk^+yky))dxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中x、y為目標散射點坐標，為波 數，為第k個子載波波長，0為目標轉動角度，0，巧口。分別為發射站和接收站方位角； 步驟 2. 2,令，則 = 2扭sin(?)，、= 2記1cos(a)， 于是Sm"(i，k)可改寫為，步驟2. 3,對進行傅里葉變換得到，步驟2.4,將0 (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，于是得到第m個雙基對目標圖像為，5.根據權利要求4所述的一種基于OFDM波形的單頻網外福射源雷達成像方法，其特征 在于，步驟3所述對所有雙基對目標圖像進行融合W獲取最終高分辨目標圖像，通過W下 表達式實現：
【專利摘要】本發明公開了一種基于OFDM波形的單頻網外輻射源雷達成像方法。OFDM波形由于各個子載波之間存在正交性，因此可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OFDM 所提供的頻率分集。SFN（Single Frequency Network）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范圍將大大擴展，從而顯著的提高成像性能。本發明的方法首先解調出每一個子載波；接著對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；最后將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。本發明的方法充分利用現代數字廣播電視信號的多載波結構及其單頻網，具有成像分辨率高、頻譜資源節約，硬件節約等優點。
【IPC分類】G01S13/00, G01S13/89, H04N21/2383, G01S7/42
【公開號】CN104931964
【申請號】CN201510355687
【發明人】萬顯榮, 夏鵬, 易建新
【申請人】武漢大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月24日