CN110658520B - 一种合成孔径雷达成像系统及方法 - Google Patents

一种合成孔径雷达成像系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110658520B
CN110658520B CN201910766817.2A CN201910766817A CN110658520B CN 110658520 B CN110658520 B CN 110658520B CN 201910766817 A CN201910766817 A CN 201910766817A CN 110658520 B CN110658520 B CN 110658520B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
mimo antenna
pulse repetition
upper computer
synthetic aperture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910766817.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110658520A (zh
Inventor
张新
牛杰
梁兴东
陈龙永
张卓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronics of CAS filed Critical Institute of Electronics of CAS
Priority to CN201910766817.2A priority Critical patent/CN110658520B/zh
Publication of CN110658520A publication Critical patent/CN110658520A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110658520B publication Critical patent/CN110658520B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236—Special technical features
    • G01S2013/0245—Radar with phased array antenna

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种合成孔径雷达成像系统及方法，包括：上位机向MIMO天线发送工作模式指令，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数；波形处理设备根据线性调频信号参数生成线性调频信号，根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，向MIMO天线发送线性调频信号和脉冲重复频率信号；MIMO天线执行工作模式指令以通过控制固态开关切换实现MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，向目标对象发送线性调频信号和接收目标对象发送的回波信号；波形处理设备采集回波信号，向上位机发送回波信号；上位机根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。本发明实施例提高了目标图像的成像质量与速度获取能力。

Description

一种合成孔径雷达成像系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及雷达技术，尤其涉及一种合成孔径雷达成像系统及方法。
背景技术
成像雷达是一种可以得到目标对象的真实图像的雷达。SAR(Synthetic ApertureRadar，合成孔径雷达)是一种成像雷达。SAR可对测量区域进行实时性和远程性的多方位监测，并且成像分辨率极高。SAR的成像原理为：SAR是目标不动而平台运动的成像雷达，雷达在作匀速直线运动的同时以某一脉冲重复频率不断的发射和接收信号。
现有技术中，SAR为了获得成像结果，通常采用如下方式，具体的：方式一、依靠运动平台(如飞机)进行飞行实验的方式，即采用机载SAR 和星载SAR。方式二、单通道地基SAR。
然而，发现现有技术中至少存在如下缺陷：其一、由于SAR需要依靠运动平台的运动来进行成像，而运动平台的震动将对成像效果造成很大的影响，因此，使得目标图像的成像质量不高；其二、由于传统单通道地基SAR的成像扫描速度不高，因此，使得实时监测能力与场景速度获取能力受限。
发明内容
本发明实施例提供了一种合成孔径雷达成像系统及方法，以提高成像质量同时提高实时监测能力与场景获取能力。
第一方面，本发明实施例提供了一种合成孔径雷达成像系统，该合成孔径雷达成像系统，包括：上位机、多输入多输出MIMO天线和波形处理设备；在所述MIMO天线上设置有由固态开关组成的固态开关阵列；所述上位机分别与所述MIMO天线和所述波形处理设备通信连接，所述MIMO 天线与所述波形处理设备通信连接；
所述上位机用于向所述MIMO天线发送工作模式指令，并向所述波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，所述工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号；
所述波形处理设备用于根据所述线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据所述脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向所述 MIMO天线发送所述线性调频信号和所述脉冲重复频率信号；
所述MIMO天线用于将所述脉冲重复频率信号作为执行所述工作模式指令以实现所述固态开关切换的时钟信号，并执行所述工作模式指令以通过控制所述固态开关切换实现所述MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送所述线性调频信号和接收所述目标对象发送的回波信号；
所述波形处理设备还用于采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号；
所述上位机还用于根据合成孔径雷达SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像。
进一步的，所述MIMO天线包括120个接收通道和120个发送通道。
进一步的，所述MIMO天线还设置有现场可编程逻辑门阵列FPGA 芯片，所述FPGA芯片用于存储所述控制序列信号。
进一步的，所述MIMO天线和所述波形处理设备通过电源转接线和通信控制线通信连接。
进一步的，所述切换模式信号为顺序切换模式信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种合成孔径雷达方法，该合成孔径雷达成像方法应用于本发明实施例第一方面所述的合成孔径雷达成像系统，该合成孔径雷达成像方法，包括：
通过上位机向MIMO天线发送工作模式指令，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，所述工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号；
通过所述波形处理设备根据所述线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据所述脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向所述 MIMO天线发送所述线性调频信号和所述脉冲重复频率信号；
通过所述MIMO天线将所述脉冲重复频率信号作为执行所述工作模式指令以实现所述固态开关切换的时钟信号，并执行所述工作模式指令以通过控制所述固态开关切换实现所述MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送所述线性调频信号和接收所述目标对象发送的回波信号；
通过所述波形处理设备采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号；
通过所述上位机根据SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像。
进一步的，所述通过所述波形处理设备采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号，包括：
通过所述波形处理设备采集所述回波信号，将所述回波信号和生成的所述线性调频信号进行混频处理，得到混频信号，并向所述上位机发送所述混频信号；
相应的，所述通过所述上位机根据SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像，包括：
通过所述上位机根据所述SAR算法对所述混频信号进行处理，得到目标图像。
进一步的，所述SAR算法为频域SAR算法。
进一步的，所述频域SAR算法为距离多普勒RD算法、线性变标CS 算法、距离徙动RM算法或极坐标格式PF算法。
进一步的，所述切换模式信号为顺序切换模式信号。
本发明实施通过设计包括上位机、MIMO天线和波形处理设备的合成孔径雷达成像系统，在MIMO天线上设置有由固态开关组成的固态开关阵列，上位机用于向MIMO天线发送工作模式指令，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号，波形处理设备用于根据线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向MIMO 天线发送线性调频信号和脉冲重复频率信号，MIMO天线用于将脉冲重复频率信号作为执行工作模式指令以实现固态开关切换的时钟信号，并执行工作模式指令以通过控制固态开关切换实现MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送线性调频信号和接收目标对象发送的回波信号，波形处理设备还用于采集回波信号，并向上位机发送回波信号，上位机还用于根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。上述由于MIMO天线是固定的，因此，可避免由于运动平台的震动所导致的相位偏差，进而提高了目标的成像质量。同时，也降低了对目标对象的运动特性的要求。此外，由于采用固态开关实现通道间收发信号的切换，相比传统单通道地基SAR，具备更高的成像扫描速度，单幅成像扫描速度可以达到毫秒级，即可获得实时速度图像，因此，也提高了实时监测能力与速度获取能力。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种合成孔径雷达成像系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中的一种合成孔径雷达成像系统的实物示意图；
图3是本发明实施例中的另一种合成孔径雷达成像系统的结构示意图；
图4是本发明实施例中的一种单目标对象的成像结果示意图；
图5是本发明实施例中的一种多目标对象的成像结果示意图；
图6是本发明实施例中的一种合成孔径雷达成像方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种合成孔径雷达成像系统的结构示意图，本实施例可适用于提高合成孔径雷达成像的成像质量及提高实时监测能力与速度获取能力的情况，如图1所示，该合成孔径雷达成像系统具体可以包括：上位机1、MIMO天线2和波形处理设备3。在上位机1上可设置有由固态开关(图1未示出)组成的固态开关阵列。上位机1分别与MIMO天线2和波形处理设备3通信连接，MIMO天线2与波形处理设备 3通信连接，下面对其结构和功能进行说明。
上位机1可用于向MIMO天线2发送工作模式指令，并可向波形处理设备3发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号。
波形处理设备3可用于根据线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，可根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并可向MIMO天线 2发送线性调频信号和脉冲重复频率信号。
MIMO天线2可用于将脉冲重复频率信号作为执行工作模式指令以实现固态开关切换的时钟信号，并可执行工作模式指令以通过控制固态开关切换实现MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换，以及，可向目标对象发送线性调频信号和接收目标对象发送的回波信号。
波形处理设备3还可用于采集回波信号，并可向上位机1发送回波信号。
上位机1还可用于根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。
在本发明的实施例中，为了解决传统技术中VSAR系统所存在的问题，本发明实施例设计了一种合成孔径雷达成像系统，该合成孔径雷达成像系统可以包括上位机1、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)天线2和波形处理设备3。上位机1、MIMO天线2和波形处理设备3 可分别两两通信连接。即上位机1与MIMO天线2，上位机1与波形处理设备3，以及，MIMO天线2与波形处理设备3之间均可通信连接。其中， MIMO天线2是可以采用多发多收的信号模式，相比于传统的单发单收模式，增加了系统自由度。MIMO天线2还可以扩展阵列孔径，增加了系统空间度。本发明实施例中MIMO天线2可以包括M个接收通道和N个发送通道，M＞1，N＞1。可选的，M＝N＝120。此外，MIMO天线2可以包括至少两个天线阵元，每个天线阵元可以包括一个接收通道和一个发送通道。在MIMO天线2上可以设置有由固态开关组成的固态开关阵列，可通过控制各固态开关之间的切换，实现MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换。即固态开关阵列可用于控制MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换。固态开关(即无触点开关或半导体交流电力控制器)通常是由电力电子技术实现。固态开关具有工作频率高和电磁干扰小等优点。可通过如下方式实现MIMO天线2通过控制固定开关之间的切换实现MIMO 天线2的接收通道与发送通道之间的切换，具体的：
上位机1可生成工作模式指令并可将工作模式指令发送给MIMO天线 2。其中，工作模式指令可用于作为确定MIMO天线2中将哪些通道作为工作通道以及工作通道以何种切换模式进行工作。工作模式指令可以包括控制序列信号和切换模式信号。控制序列信号可用于作为确定MIMO天线 2中将哪些接收通道和发送通道作为工作通道。切换模式信号可用于作为确定MIMO天线2中工作通道以何种切换模式进行工作。切换模式可以包括顺序切换模式和交叉切换模式等。相应的，切换模式信号可以包括顺序切换模式信号和交叉切换模式信号等。需要说明的是，MIMO天线2还可设置有可编程逻辑芯片，可编程逻辑芯片可用于存储控制序列信号。可编程逻辑芯片可以包括FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片和CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)芯片等。具体可根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。上位机1还可生成线性调频信号参数和脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，PRF)参数，并将线性调频信号参数和脉冲重复频率参数发送给波形处理设备3，以使波形处理设备3可根据线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，可根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号。其中，线性调频信号(Liner Frequency Modulation，LFM)是频率随时间而线性改变的信号，其常作为合成孔径雷达的发射信号，这里所述的改变可以指增加或减少。线性调频信号参数可以包括信号带宽、信号脉宽和波形处理设备3的接收衰减数值等。线性调频信号可通过如下公式计算：
Figure RE-GDA0002289191700000071
t可表示距离向时间，Tp可表示脉冲重复周期，Kr可表示线性调频率，fc可表示中心载波频率，
Figure RE-GDA0002289191700000072
可表示线性调频信号的初相位，A可表示线性调频信号的信号幅值；rect(t/Tp)可表示矩形信号，
Figure RE-GDA0002289191700000073
s1(t)可表示线性调频信号。脉冲重复频率是指每秒产生的脉冲信号数目。或者，脉冲重复频率是指脉冲持续时间的倒数，脉冲持续时间是指两个相邻脉冲信号之间的时间间隔。由于两个相邻脉冲信号之间的时间间隔可称为脉冲重复周期，因此，脉冲重复频率是指脉冲重复周期的倒数。需要说明的是，脉冲重复频率参数需要与线性调频信号的脉冲重复周期对应。
波形处理设备3基于脉冲重复频率生成的脉冲重复频率信号可作为 MIMO天线2的固态开关之间切换的时钟信号。由于MIMO天线2需要执行工作模式指令，以通过控制固态开关之间的切换来实现MIMO天线2 的接收通道与发送通道之间的切换，因此，可将脉冲重复频率信号作为执行工作模式指令以通过控制固态开关之间的切换来实现MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换的时钟信号。即MIMO天线2将按照脉冲重复频率信号对应的脉冲重复频率执行工作模式指令以实现控制固态开关之间的切换，而由于固态开关之间的切换将导致MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换，因此，MIMO天线2将按照脉冲重复频率信号对应的脉冲重复频率执行模式指令以通过控制固态开关之间的切换实现 MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换。需要说明的是，由于MIMO天线2的接收通道与发送通道的个数均为至少两个，每个接收通道存在与之对应的发送通道，两者形成收发通道组，因此，上述所述的实现 MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换可理解为不同收发通道组之间的切换以及每个收发通道组中接收通道与发送通道之间的切换。此外，由于MIMO天线2可以包括至少两个天线阵元，每个天线阵元可以包括一个接收通道和一个发送通道，因此，上述所述的实现MIMO天线2的接收通道与发送通道之间的切换可理解为不同天线阵元之间的切换以及每个天线阵元中接收通道与发送通道之间的切换。
示例性的，如MIMO天线2包括120个接收通道和120个发送通道，接收通道与发送通道一一对应，形成120个收发通道组，即120个天线阵元。工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号，控制序列信号为将 MIMO天线2的全部接收通道和全部发送通道作为工作通道，切换模式信号为顺序切换模式信号，脉冲重复频率信号为A，则MIMO天线2将脉冲重复频率信号A作为时钟信号，MIMO天线2将按照脉冲重复频率信号A 提供的脉冲重复频率，以通过按照顺序切换模式信号顺序切换固态开关来实现顺序切换MIMO天线2的120个收发通道组。即以通过按照顺序切换模式信号顺序切换固态开关来实现顺序切换MIMO天线2的120个天线阵元。
MIMO天线2可通过发送通道将线性调频信号发送给目标对象，以及，可通过接收通道接收目标对象发送的回波信号。其中，回波信号是指 MIMO天线2将信号发送出去，当该信号遇到障碍物时，会有信号反射回来，将反射回的信号成为回波信号。本发明实施例中MIMO天线2将信号发送出去的信号可以指线性调频信号。障碍物可以指目标对象。回波信号可通过如下公式计算：
Figure RE-GDA0002289191700000081
Figure RE-GDA0002289191700000082
R可表示MIMO天线2距目标对象的目标斜距，c可表示传播速度，τ可表示目标延迟。B可表示回波信号的信号幅值，
Figure RE-GDA0002289191700000083
可表示回波信号的初相位；s2(t)可表示回波信号。
波形处理设备3可采集MIMO天线2接收到的由目标对象发送的回波信号，并可将回波信号发送给上位机1，以使上位机1可基于SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。其中，SAR算法可以包括频域SAR 算法和时域SAR算法。频域SAR算法可以包括RD(RangeDoppler，距离多普勒)算法、CS(Chirp Sealing Algorithm，线性变标)算法、RM(RangeMigration，距离徙动)算法(或称ωK算法)和PF(Polar Format，极坐标格式)算法等。时域SAR算法可以包括BP(Back Project，后向投影) 算法等。需要说明的是，具体采用哪种SAR算法可根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。
此外，由于回波信号为高频信号，因此，为了便于上位机1基于SAR 算法对回波信号进行处理，得到目标图像，波形处理设备3可对回波信号进行混频处理，得到混频信号。即波形处理设备3可将采集到的回波信号与生成的线性调频信号进行混频处理，得到混频信号。其中，波形处理设备3生成的线性调频信号可作为参考信号。混频信号可通过如下公式计算：
Figure RE-GDA0002289191700000091
C可表示混频信号的信号幅值。上述公式可表明，混频信号是一个单频余弦信号，混频信号的信号频率为：
Figure RE-GDA0002289191700000092
f可表示混频信号的信号频率。相应的，如果对混频信号进行FFT(Fast FourierTransform，快速傅里叶变换)，则可在频域得到混频信号对应的sinc型窄脉冲。
上述由于本发明实施例中的MIMO天线是固定的，因此，可避免传统技术中由于运动平台的震动所导致的相位偏差，进而提高了目标图像的成像质量。同时，也降低了对目标对象的运动特性的要求。此外，由于采用固态开关实现通道间收发信号的切换，相比传统单通道地基SAR，具备更高的成像扫描速度，单幅成像扫描速度可以达到毫秒级，即可获得实时速度图像，因此，也提高了目标图像的实时监测能力与速度获取能力。
可以理解到，本发明实施例所提供的合成孔径雷达系统受环境影响较小。此外，采用本发明实施例所提供的合成孔径雷达成像系统进行成像，相比于传统技术中飞行实验而言成本较低。
需要说明的是，上位机1、MIMO天线2和波形处理设备3之间的通信连接可通过如下方式实现，具体的：可通过电源线将电源与MIMO天线 2进行连接，即可通过电源线将220V市电提供给MIMO天线2，实现为 MIMO天线2供电。可通过电源转接线和通信控制线将MIMO天线2与波形处理设备3进行通信连接，可通过通信控制线将上位机1与波形处理设备3进行通信连接。可以理解到，MIMO天线2将通过电源转接线给波形处理设备3供电。上位机1可为终端设备，如计算机。
还需要说明的是，合成孔径长度可通过如下公式计算：
Figure RE-GDA0002289191700000101
其中，λ可表示波长，D可表示MIMO天线2的尺寸，Ls可表示合成孔径长度。本发明实施例中合成孔径长度Ls可等于MIMO天线2的第一个工作天线阵元与最后一个工作天线阵元之间的距离。每个工作天线阵元可以包括一个接收通道和一个发送通道。
本实施例的技术方案，通过设计包括上位机、MIMO天线和波形处理设备的合成孔径雷达成像系统，MIMO天线设置由固态开关组成的固态开关阵列，上位机向MIMO天线发送工作模式指令，工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，波形处理设备根据线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向MIMO天线发送线性调频信号和脉冲重复频率信号，MIMO天线将脉冲重复频率信号作为执行工作模式指令以实现固态开关切换的时钟信号，并执行工作模式指令以通过控制固态开关切换实现MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送线性调频信号和接收目标对象发送的回波信号，波形处理设备采集回波信号，并向上位机发送回波信号，上位机根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。上述由于MIMO天线是固定的，因此，可避免由于运动平台的震动所导致的相位偏差，进而提高了目标图像的成像质量。同时，也降低了对目标对象的运动特性的要求。此外，由于采用固态开关实现通道间收发信号的切换，相比传统单通道地基扫描式SAR，具备更高的成像扫描速度，单幅成像扫描速度可以达到毫秒级，即可获得实时速度图像，因此，也提高了实时监测能力与速度获取能力。
可选的，在上述技术方案的基础上，MIMO天线2可包括120个接收通道和120个发送通道。
可选的，在上述技术方案的基础上，MIMO天线2还可设置有FPGA 芯片，FPGA芯片可用于存储控制序列信号。
在本发明的实施例中，MIMO天线2还可设置FPGA芯片，FPGA芯片可用于存储控制序列信号，并可等待下一控制序列信号。FPGA是在PAL (Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑)、GAL(Generic Array Logic，通用阵列逻辑)和CPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物。它既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程逻辑器件的门电路数有限的缺点。
可选的，在上述技术方案的基础上，MIMO天线2和波形处理设备3 可通过电源转接线和通信控制线通信连接。
可选的，在上述技术方案的基础上，切换模式信号可为顺序切换模式信号。
在本发明的实施例中，切换模式可以包括顺序切换模式和交叉切换模式等。相应的，切换模式信号可以包括顺序切换模式信号和交叉切换模式信号等。本发明实施例中切换模式信号可为顺序切换模式信号，即使得 MIMO天线2的通道之间实现顺序切换。需要说明的是，如果需要实现条带SAR，则可选用顺序切换模式。
为了更好的理解本发明实施例所提供的技术方案，下面通过具体示例进行说明。如图2所示，给出了一种合成孔径雷达成像系统的实物示意图。图2中可通过电源线将电源与MIMO天线2进行连接，即可通过电源线将 220V市电提供给MIMO天线2，实现为MIMO天线2供电。可通过电源转接线和通信控制线将MIMO天线2与波形处理设备3进行通信连接，可通过通信控制线将上位机1与波形处理设备3进行通信连接。可以理解到， MIMO天线2将通过电源转接线给波形处理设备3供电。通过上述操作将上位机1、MIMO天线2和波形处理设备3进行组装，以形成合成孔径雷达成像系统。下面将基于合成孔径雷达成像系统进行实验。实验环境可选择暗室，即可将合成孔径雷达成像系统放置于暗室中，其中，MIMO天线 2与波形处理设备3可按图3所示的位置关系进行放置。图3给出了另一种合成孔径雷达成像系统的结构示意图。MIMO天线2包括120个接收通道和120个发送通道，接收通道与发送通道一一对应，形成120个收发通道组。即MIMO天线2包括120个天线阵元，每个天线阵元包括一个接收通道和一个发送通道。工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号，控制序列信号为将MIMO天线2的全部接收通道和全部发送通道作为工作通道，切换模式信号为顺序切换模式信号。脉冲重复频率信号A对应的脉冲重复频率参数为125KHz。线性调频信号参数包括信号带宽、中心载波频率和脉冲重复周期，其具体数值参见表1。表1给出了一种线性调频信号参数。可以理解到，线性调频信号参数中脉冲重复周期与脉冲重复频率参数对应。基于上述，MIMO天线2将脉冲重复频率信号A作为时钟信号， MIMO天线2将按照脉冲重复频率信号A提供的脉冲重复频率，以通过按照顺序切换模式信号顺序切换固态开关来实现顺序切换MIMO天线2的 120个收发通道组，即通过按照顺序切换模式信号顺序切换固态开关来实现顺序切换MIMO天线2的120个天线阵元。
表1
线性调频信号参数 数值
信号带宽 1.2GHz
中心载波频率 34.6GHz
脉冲重复周期 8μs
基于上述合成孔径雷达成像系统，针对目标对象为单目标对象，如图 4所示，给出了一种单目标对象的成像结果示意图。图4为单个目标对象所对应的目标图像，图4中边框内的对象即为单目标对象。从图4可以看出，在距离向，该单目标对象位于MIMO天线2的前方约4m处。而实际情况中，该单目标对象位于MIMO天线2的前方4m处。由此可得，成像结果与实际情况一致。
基于上述合成孔径雷达成像系统，针对目标对象为多目标对象，如图 5所示，给出了一种多目标对象的成像结果示意图。图5为多个目标对应所对应的目标对象，图5中边框内的对象即为多目标对象。从图5可以看出，在距离向，该多目标对象位于MIMO天线2的前方约4m处。而实际情况中，该多目标对象位于MIMO天线2的前方4m处。由此可得，成像结果与实际情况一致。
图6为本发明实施例提供的一种合成孔径雷达成像方法的流程图，本实施例可适用于提高合成孔径雷达成像的成像质量及提高实时监测能力与速度获取能力的情况。该方法可以由合成孔径雷达成像系统来执行。如图6所示，具体包括如下步骤：
步骤210、通过上位机向MIMO天线发送工作模式指令，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号。
步骤220、通过述波形处理设备根据线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向MIMO 天线发送线性调频信号和脉冲重复频率信号。
步骤230、通过MIMO天线将脉冲重复频率信号作为执行工作模式指令以实现固态开关切换的时钟信号，并执行工作模式指令以通过控制固态开关切换实现MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送线性调频信号和接收目标对象发送的回波信号。
步骤240、通过波形处理设备采集回波信号，并向上位机发送回波信号。
步骤250、通过上位机根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像。
在本发明的实施例中，根据前文所述可知，SAR算法可包括频域SAR 算法和时域SAR算法。频域SAR算法可以包括RD算法、CS算法、RM 算法和FA算法等。不同算法的最大区别在于对回波信号的处理方式不同，但不同算法的最终目的都相同，即通过对距离向和方位向的补偿获得高分辨率。其中，RD算法是一种距离和方位二维分离的算法，其根据距离和方位上时间尺度的巨大差异分开单独进行距离向压缩和方位向压缩。RD 算法是首先将距离向压缩后的数据作方位向FFT至距离多普勒域，再进行距离徙动校正实现二维解耦合，最后进行方位向压缩得到目标图像。CS 算法也是一种距离和方位二维分离的算法。CS算法的基本原理是基于 Scaling原理，通过对Chirp信号采取频率调制处理，实现对信号的尺度变标或平移。基于上述原理，可采取相位相乘来改进距离徙动的空变特性。 CS算法与RD算法的不同在于其是通过在距离多普勒域的信号与具有适当调频率的调频因子相乘，从而使不同距离上目标对象距离徙动曲线的轨迹相同，有效避免了相位失真且减少了运算量。CS算法的流程如下：方位向FFT；乘以CS相位因子；距离向FFT；乘以距离向补偿因子；距离向IFFT(Invert Fast Fourier Transformation，快速反向傅里叶变换)；乘以方位向补偿因子；方位向IFFT。上述表明，CS只需通过傅里叶变换和相位复位相乘来得到成像结果，即目标图像。RM算法是将回波信号变换至二维频域，再利用STLOT变换完成距离徙动校正，最后完成二维压缩处理。需要说明的是，具体采用哪种SAR算法对回波信号进行成像处理，可根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。可选的，SAR算法为RD 算法。
可选的，在上述技术方案的基础上，通过波形处理设备采集回波信号，并向上位机发送回波信号，具体可以包括：通过波形处理设备采集回波信号，将回波信号和生成的线性调频信号进行混频处理，得到混频信号，并向上位机发送混频信号。相应的，通过上位机根据SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像，具体可以包括：通过上位机根据SAR算法对混频信号进行处理，得到目标图像。
在本发明的实施例中，由于回波信号为高频信号，因此，为了便于上位机1基于SAR算法对回波信号进行处理，得到目标图像，波形处理设备3可对回波信号进行混频处理，得到混频信号。即波形处理设备3可将采集到的回波信号与生成的线性调频信号进行混频处理，得到混频信号，并可将混频信号发送给上位机1。其中，波形处理设备3生成的线性调频信号可作为参考信号。上位机1可根据SAR算法对混频信号进行处理，得到目标图像。
本实施例的技术方案由于MIMO天线是固定的，因此，可避免由于运动平台的震动所导致的相位偏差，进而提高了目标图像的成像质量。同时，也降低了对目标对象的运动特性的要求。此外，由于采用固态开关实现通道间收发信号的切换，相比扫描式SAR，具备更高的成像扫描速度，单幅成像扫描速度可以达到毫秒级，即可获得实时速度图像，因此，也提高了实时监测能力与速度获取能力。
可选的，在上述技术方案的基础上，SAR算法可以为频域SAR算法。
可选的，在上述技术方案的基础上，频域SAR算法可以为RD算法、CSCS算法、RM算法或PF算法。
可选的，在上述技术方案的基础上，切换模式信号可为顺序切换模式信号。
在本发明的实施例中，本发明实施例中切换模式信号可为顺序切换模式信号，即使得MIMO天线2的通道之间实现顺序切换。需要说明的是，如果需要实现条带SAR，则可选用顺序切换模式。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种合成孔径雷达成像系统，其特征在于，包括：上位机、多输入多输出MIMO天线和波形处理设备；在所述MIMO天线上设置有由固态开关组成的固态开关阵列；所述上位机分别与所述MIMO天线和所述波形处理设备通信连接，所述MIMO天线与所述波形处理设备通信连接；
所述上位机用于向所述MIMO天线发送工作模式指令，并向所述波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，所述工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号；
所述波形处理设备用于根据所述线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据所述脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向所述MIMO天线发送所述线性调频信号和所述脉冲重复频率信号；
所述MIMO天线用于将所述脉冲重复频率信号作为执行所述工作模式指令以实现所述固态开关切换的时钟信号，并执行所述工作模式指令以通过控制所述固态开关切换实现所述MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送所述线性调频信号和接收所述目标对象发送的回波信号；
所述波形处理设备还用于采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号；
所述上位机还用于根据合成孔径雷达SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像。
2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述MIMO天线包括120个接收通道和120个发送通道。
3.根据权利要求1或2所述的合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述MIMO天线还设置有现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片，所述FPGA芯片用于存储所述控制序列信号。
4.根据权利要求1或2所述的合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述MIMO天线和所述波形处理设备通过电源转接线和通信控制线通信连接。
5.根据权利要求1或2所述的合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述切换模式信号为顺序切换模式信号。
6.一种合成孔径雷达成像方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一所述的合成孔径雷达成像系统，其特征在于，包括：
通过上位机向MIMO天线发送工作模式指令，并向波形处理设备发送线性调频信号参数和脉冲重复频率参数，所述工作模式指令包括控制序列信号和切换模式信号；
通过所述波形处理设备根据所述线性调频信号参数生成线性调频信号，以及，根据所述脉冲重复频率参数生成脉冲重复频率信号，并向所述MIMO天线发送所述线性调频信号和所述脉冲重复频率信号；
通过所述MIMO天线将所述脉冲重复频率信号作为执行所述工作模式指令以实现所述固态开关切换的时钟信号，并执行所述工作模式指令以通过控制所述固态开关切换实现所述MIMO天线的接收通道与发送通道之间的切换，以及，向目标对象发送所述线性调频信号和接收所述目标对象发送的回波信号；
通过所述波形处理设备采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号；
通过所述上位机根据SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像。
7.根据权利要求6所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述通过所述波形处理设备采集所述回波信号，并向所述上位机发送所述回波信号，包括：
通过所述波形处理设备采集所述回波信号，将所述回波信号和生成的所述线性调频信号进行混频处理，得到混频信号，并向所述上位机发送所述混频信号；
相应的，所述通过所述上位机根据SAR算法对所述回波信号进行处理，得到目标图像，包括：
通过所述上位机根据所述SAR算法对所述混频信号进行处理，得到目标图像。
8.根据权利要求6或7所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述SAR算法为频域SAR算法。
9.根据权利要求8所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述频域SAR算法为距离多普勒RD算法、线性变标CS算法、距离徙动RM算法或极坐标格式PF算法。
10.根据权利要求6-8任一所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述切换模式信号为顺序切换模式信号。
CN201910766817.2A 2019-08-19 2019-08-19 一种合成孔径雷达成像系统及方法 Active CN110658520B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910766817.2A CN110658520B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种合成孔径雷达成像系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910766817.2A CN110658520B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种合成孔径雷达成像系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110658520A CN110658520A (zh) 2020-01-07
CN110658520B true CN110658520B (zh) 2021-10-29

Family

ID=69037593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910766817.2A Active CN110658520B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种合成孔径雷达成像系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110658520B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111679278B (zh) * 2020-06-19 2022-09-06 八院云箭(北京)航天技术研究院有限公司 一种基于fpga的w波段无人机合成孔径雷达实时成像系统
CN111766579A (zh) * 2020-06-28 2020-10-13 中国科学院空天信息创新研究院 Sar空地联合处理方法、机载sar、地面控制器
CN113176569B (zh) * 2021-03-31 2022-07-05 中国科学院空天信息创新研究院 Sar系统回波采集的控制方法、装置及系统
CN114626006B (zh) * 2022-03-21 2023-03-14 电子科技大学 雷达成像中cs算法补偿因子实时生成的fpga实现方法
CN115580343B (zh) * 2022-11-24 2023-04-18 北京九天微星科技发展有限公司 一种低轨卫星自主轨控方法、装置及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546355A (en) * 1982-06-17 1985-10-08 Grumman Aerospace Corporation Range/azimuth/elevation ship imaging for ordnance control
US6072419A (en) * 1997-05-13 2000-06-06 Thomson-Csf Method for the processing of the reception signal of a deramp type synthetic aperture radar
CN103685977A (zh) * 2013-09-11 2014-03-26 中国科学院电子学研究所 一种实时显示合成孔径雷达图像的装置
CN104181531A (zh) * 2014-08-22 2014-12-03 西安电子科技大学 一种基于相控阵雷达的三维关联成像方法
CN104267401A (zh) * 2014-10-21 2015-01-07 内蒙古工业大学 线性阵列天线同时mimo-sar成像系统和方法
CN104749559A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 中国科学院电子学研究所 基于fpga芯片的探冰雷达控制方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5411417B2 (ja) * 2007-09-11 2014-02-12 古野電気株式会社 パルス信号の送受信装置および送受信方法
US7598900B2 (en) * 2007-11-09 2009-10-06 The Boeing Company Multi-spot inverse synthetic aperture radar imaging
US8803732B2 (en) * 2009-06-05 2014-08-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method and apparatus for simultaneous synthetic aperture radar and moving target indication
CN101968539B (zh) * 2010-09-29 2012-09-05 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种用于机载或星载雷达高度计的多功能数字信号处理机
US9035774B2 (en) * 2011-04-11 2015-05-19 Lone Star Ip Holdings, Lp Interrogator and system employing the same
CN102288964B (zh) * 2011-08-19 2013-03-20 中国资源卫星应用中心 一种星载高分辨率合成孔径雷达的成像处理方法
ITTO20120417A1 (it) * 2012-05-09 2013-11-10 St Microelectronics Srl Procedimento e dispositivi per elaborare segnali radar, ad esempio per sistemi di sicurezza stradale, relativo prodotto informatico
CN103323842A (zh) * 2012-09-03 2013-09-25 中国科学院电子学研究所 一种调频连续波合成孔径雷达中的成像方法及装置
CN103630894B (zh) * 2013-06-04 2016-08-24 中国科学院电子学研究所 宽频多通道相参雷达成像系统的控制方法
CN103454637B (zh) * 2013-09-07 2015-05-20 西安电子科技大学 基于调频步进频的太赫兹逆合成孔径雷达成像方法
CN103744080B (zh) * 2014-01-16 2016-02-03 中国科学院电子学研究所 一种星载多通道合成孔径雷达成像装置
CN103760526A (zh) * 2014-01-22 2014-04-30 中国科学院电子学研究所 基于移时正交波形的多发多收合成孔径雷达信号处理方法
CN205191838U (zh) * 2015-12-04 2016-04-27 珠海格力电器股份有限公司 变频空调器内外机零火线通讯监控装置和空调系统
CA2953984A1 (en) * 2017-01-09 2018-07-09 Oz Optics Ltd. Flexible low-cost mm-wave sfcw radar based imaging inspection system
CN106950566A (zh) * 2017-02-20 2017-07-14 中国科学院电子学研究所 一种合成孔径雷达成像方法及装置
CN108254728B (zh) * 2017-12-18 2020-08-28 中国科学院电子学研究所 基于局部线性误差模型的调频连续波sar运动补偿方法
CN109462741B (zh) * 2018-12-12 2020-12-29 航天恒星空间技术应用有限公司 一种多频段数字图像传输终端
CN110068833B (zh) * 2019-05-05 2021-10-29 中国科学院电子学研究所 一种合成孔径激光雷达成像方法、仪器及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546355A (en) * 1982-06-17 1985-10-08 Grumman Aerospace Corporation Range/azimuth/elevation ship imaging for ordnance control
US6072419A (en) * 1997-05-13 2000-06-06 Thomson-Csf Method for the processing of the reception signal of a deramp type synthetic aperture radar
CN103685977A (zh) * 2013-09-11 2014-03-26 中国科学院电子学研究所 一种实时显示合成孔径雷达图像的装置
CN104749559A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 中国科学院电子学研究所 基于fpga芯片的探冰雷达控制方法
CN104181531A (zh) * 2014-08-22 2014-12-03 西安电子科技大学 一种基于相控阵雷达的三维关联成像方法
CN104267401A (zh) * 2014-10-21 2015-01-07 内蒙古工业大学 线性阵列天线同时mimo-sar成像系统和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Novel Scheme for MIMO-SAR Systems Using Rotational Orbital Angular Momentum;Xingdong Liang;《sensors》;20181231;1-12 *
Frequency Agility MIMO-SAR Imaging and Anti-Deception Jamming Performance;Yuntao Li;《2014 XXXIth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS)》;20141231;1-4 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110658520A (zh) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110658520B (zh) 一种合成孔径雷达成像系统及方法
Zhang et al. Multi-channel back-projection algorithm for mmWave automotive MIMO SAR imaging with Doppler-division multiplexing
CN109923433B (zh) 雷达装置、信号处理装置和信号处理方法
Yanik et al. 3-D MIMO-SAR imaging using multi-chip cascaded millimeter-wave sensors
CN104181517B (zh) 用于运行多输入多输出雷达的方法
US20160069994A1 (en) Sense-and-avoid systems and methods for unmanned aerial vehicles
EP3399332A1 (en) Millimeter wave holographic three-dimensional imaging detection system and method
CN105137410B (zh) 基于ofdm的高分辨率雷达通信一体化的波形优化方法
CN110927723B (zh) 毫米波雷达泥石流智能监测预警系统与方法
EP2251705B1 (en) System and method for operating a radar system in a continuous wave mode for data communication
CN110346793A (zh) 一种分布式阵列雷达迭代自适应高分辨成像方法
CN104267401A (zh) 线性阵列天线同时mimo-sar成像系统和方法
EP3339883A1 (en) A cognitive radar system
CN106226765A (zh) 一种建筑物布局成像方法及系统
CN107942295A (zh) 一种前视阵列sar系统的稀疏天线
Zhang et al. Joint communications and sensing using two steerable analog antenna arrays
CN109188436B (zh) 适用于任意平台轨迹的高效双基sar回波生成方法
KR20110068758A (ko) 다중 입출력 레이더 장치 및 이를 이용한 무선통신 방법
CN110927724B (zh) 毫米波雷达泥石流智能监测系统与方法
CN113841066A (zh) 特别用于车辆中的相干多基地雷达系统
Jakabosky et al. Implementation and design of physical radar waveform diversity
US20230350054A1 (en) Radar system and method for performing direction of arrival estimation in a radar system
AU2023263038A1 (en) Doa determining method and device, storage medium and electronic device
Cao Cellular Base Station Imaging for UAV Detection
CN116981078A (zh) 信号配置和自适应方法、装置及相关设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant