一種基于ofdm波形的單頻網(wǎng)外輻射源雷達成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于外輻射源雷達目標(biāo)探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于0FDM波形的單 頻網(wǎng)數(shù)字廣播電視信號的外輻射源雷達成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 外輻射源雷達是一種利用第三方發(fā)射的電磁信號進行目標(biāo)探測的雙/多基地雷 達系統(tǒng)。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(yōu)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(nèi)外已成功研制了多種原理性驗證系統(tǒng)，獲得 了大量實測數(shù)據(jù)，外輻射源雷達基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)取得了突破性進展。在萬顯榮的論文 (基于低頻段數(shù)字廣播電視信號的外輻射源雷達發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，雷達學(xué)報，2012, Vol. 1， No. 2, pp. 1-15)中對低頻段（HF/VHF/UHF)數(shù)字廣播電視信號外輻射源雷達的發(fā)展現(xiàn)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(biāo)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(tǒng)大多采用單發(fā)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(fā)射信號，其帶寬較窄，從而導(dǎo)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(yīng)用中通常難以 滿足。
[0004] 新一代數(shù)字廣播電視廣泛采用兩項關(guān)鍵技術(shù)，即正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)技術(shù)和單頻網(wǎng)（Single Frequency Network, SFN) 技術(shù)。OFDM技術(shù)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(yōu)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(shù)指的是若干個發(fā)射臺同時在同一頻段發(fā)射相同信號，以實現(xiàn)對一定服務(wù) 區(qū)的可靠覆蓋。SFN最突出的優(yōu)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(wǎng)分布式外輻射源雷達技術(shù)，雷達學(xué)報， 2014, Vol. 3, No. 6, pp. 623-631)中明確提出了單頻網(wǎng)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(yīng)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(gòu)成多發(fā)一收或多發(fā)多收探測系統(tǒng)，因此基于SFN照射源的外輻 射源雷達必然是分布式和網(wǎng)絡(luò)化的。分布式多傳感網(wǎng)絡(luò)提供了諸多優(yōu)勢，由于各個發(fā)射站 照射目標(biāo)的角度不同，回波樣本在波數(shù)域的覆蓋范圍將大大擴展，從而可顯著提高成像性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是在實現(xiàn)傳統(tǒng)外輻射源雷達的目標(biāo)檢測、跟蹤功能以外，充分利用 現(xiàn)代數(shù)字廣播電視信號的特點，提出一種基于OFDM波形的單頻網(wǎng)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(biāo)識別奠定基礎(chǔ)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明提出的一種基于0FDM波形的單頻網(wǎng)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(guān)鍵技術(shù)，即0FDM技術(shù)和SFN技術(shù)。0FDM的多載波結(jié)構(gòu)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(fā)射 站照射目標(biāo)的角度不同，回波樣本在波數(shù)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(wǎng)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(diào)以獲取每一個子載波數(shù)據(jù)。
[0011] 步驟2,對解調(diào)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(jié)果進 行相干融合以得到單個雙基對目標(biāo)圖像。
[0012] 步驟3,對所有雙基對目標(biāo)圖像進行融合以獲取最終高分辨目標(biāo)圖像。
[0013] 所述對0FDM信號進行正交解調(diào)以獲取每一個子載波數(shù)據(jù)，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(fā)射站信號進行分段，對第i段信號首先去除循環(huán)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(biāo)反射率函數(shù)，dk是分配給每一個子載波的數(shù)據(jù)符號，T表示 0FDM符號有效數(shù)據(jù)體持續(xù)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(shù)。
[0017] 步驟1. 2,在接收端恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號dk。
[0018] 步驟1. 3,將S"(i，k)與原始數(shù)據(jù)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(shù)。
[0021] 所述對解調(diào)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(jié)果進行 相干融合以得到單個雙基對目標(biāo)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(guān)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(biāo)散射點坐標(biāo)，^^(sii^+d + sinp +A))、W(cos(0+ i) +cos(0+朽)） 為波數(shù)，為第k個子載波波長，0為目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度，A和％分別為發(fā)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(zhuǎn)換為極坐標(biāo)格式即得到對應(yīng)于第m個發(fā)射站的第k個子載 波的目標(biāo)圖像為，
[0032]
[0033] 其中巧,丨(《)為，
[0034]
[0035] 于是得到第m個雙基對目標(biāo)圖像為，
[0036]
[0037] 所述對所有雙基對目標(biāo)圖像進行融合以獲取最終高分辨目標(biāo)圖像，其特征在于， 通過以下表達式實現(xiàn)：
[0038]
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明除具備常規(guī)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(yōu)勢外，還因充分結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字廣播電視信號的特性呈現(xiàn)出新 特點：
[0040] 1)本發(fā)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(wǎng)中各個發(fā)射站照射目標(biāo)的角度不同，回波樣本的波數(shù)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(fā)明的方法使得現(xiàn)代數(shù)字廣播電視信號在提高目標(biāo)成像分辨率方面的優(yōu)勢 得以發(fā)揮；
[0043] 4)單頻網(wǎng)配置下，布置一個接收站即可構(gòu)成多發(fā)一收探測系統(tǒng)，且接收機只需工 作于一個頻帶，因此接收系統(tǒng)相對于多頻網(wǎng)得到簡化。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明實施例中0FDM信號結(jié)構(gòu)圖。
[0045] 圖2為本發(fā)明實施例中單頻網(wǎng)外輻射源雷達收發(fā)站布局圖。
[0046] 圖3為本發(fā)明成像方案處理流程圖。
[0047] 圖4為本發(fā)明實施例中目標(biāo)散射點模型。
[0048] 圖5-1為本發(fā)明實施例中發(fā)射站位置為仍=1〇°、％=25°、外=-15°，接收站位置 為口 = 〇°，目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度0 =13°時成像結(jié)果。
[0049] 圖5-2為本發(fā)明實施例中發(fā)射站位置為約=1〇°、％=25°、朽=-1 5°，接收站位置 為p = ，目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度0 = 18°時成像結(jié)果。
[0050] 圖6-1為本發(fā)明實施例中發(fā)射站位置為奶=10°、％二25°、％ =-15°、=-30°， 接收站位置為P = 目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度0 =13°時成像結(jié)果。
[0051] 圖6-2為本發(fā)明實施例中發(fā)射站位置為仍=10' % =25°、=-15fl、％ z-3011， 接收站位置為P = 〇°，目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度0 =18°時成像結(jié)果。
【具體實施方式】
[0052] 下面以具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0053] 圖1為本發(fā)明實施例中0FDM信號結(jié)構(gòu)圖。設(shè)發(fā)射的第i個0FDM多載波信號形式 為：
[0055] 其中N是子載波個數(shù)，t表示時間，dn是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù) 體持續(xù)時間。如圖1所示，廣