CN110927717B - 调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统，其中，方法包括：发送天线移动信号以控制发射天线根据天线移动信号进行匀速移动并发射多周期的调频信号；接收调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；对调频信号及回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；根据成像模型对多周期差拍信号及发射天线的移动速度进行成像得到对应的二维图像。通过上述方法，采用单发射单元的发射天线沿移动轨迹匀速移动的方式，以实现沿移动轨迹中不同的点上发射多周期的调频信号，根据调频信号及回波信号即可获取包含方位维信息及距离维信息的二维图像，可提高雷达成像速度，并且适用于小型调频连续波雷达，在实际应用过程中取得了良好的技术效果。

Description

调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统。
背景技术
随着信息技术的发展，采用雷达获取信号源信息得到了越来越多的应用，如在遥感测绘、区域检测、地质勘探、灾难救援等众多领域均得到广泛应用。传统的脉冲雷达由于无需考虑载体的载荷，往往采用多个发射单元组成阵列天线发射雷达信号，基于雷达信号及雷达回波成像以得到信号源信息，这一方法由于需同时获取整个阵列天线所包含的多组数据，导致数据量巨大，成像速度慢。
随着对载体机动性、隐蔽性的要求，小型近程无人机、微型无人机等小型化载体逐渐得到运用，传统的脉冲雷达由于体积过大、能耗过高无法适用于这些小型化载体，调频连续波雷达具有重量轻、体积小、发射功率低、造价低和抗干扰能力强的特点，采用调频连续波雷达即可通过小型化载体进行搭载以解决上述问题，传统的信号源信息成像方法成像速度慢且无法适用于调频连续波雷达。因而，现有技术方法中的成像方法存在成像速度慢且无法适用于调频连续波雷达的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统，旨在解决现有技术方法中所存在的成像速度慢且无法适用于调频连续波雷达的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种调频连续波雷达的成像方法，其包括：
发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；
通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
第二方面，本发明实施例提供了一种调频连续波雷达的成像装置，其包括：
调频信号发射单元，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；
回波信号接收单元，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
差拍信号获取单元，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
二维图像生成单元，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
第三方面，本发明实施例又提供了一种调频连续波雷达的成像系统，该成像系统包括控制终端及成像处理终端，其中，控制终端包括：
调频信号发射单元，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；
回波信号接收单元，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
信号发送单元，用于将所述调频信号及所述回波信号发送至所述成像处理终端；
成像处理终端包括：
差拍信号获取单元，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
二维图像生成单元，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
本发明实施例提供了一种调频连续波雷达的成像方法、装置及成像系统。发送天线移动信号以控制发射天线根据天线移动信号进行匀速移动并发射多周期的调频信号；通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。通过上述方法，采用单发射单元的发射天线沿移动轨迹匀速移动的方式，以实现沿移动轨迹中不同的点上发射多周期的调频信号，根据调频信号及回波信号即可获取包含方位维信息及距离维信息的二维图像，可提高雷达成像速度，并且适用于小型调频连续波雷达，在实际应用过程中取得了良好的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的使用状态示意图；
图3为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的使用状态示意图；
图4为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的子流程示意图；
图5为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的另一子流程示意图；
图6为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的另一子流程示意图；
图7为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像装置的示意性框图；
图8为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像系统的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的流程示意图。该调频连续波雷达的成像方法应用于控制终端中，该方法通过安装于控制终端中的应用软件进行执行，控制终端即是用于执行调频连续波雷达的成像方法以实现根据雷达信号进行成像的终端设备，例如stm32单片机等。
如图1所示，该方法包括步骤S110～S140。
S110、发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号。
控制终端发送天线移动信号以控制发射天线沿预设的移动轨迹匀速移动，并使发射天线在移动过程中发射多周期的调频信号。根据移动轨迹匀速移动发射天线，发射天线以固定频率重复产生调频信号，也即是发射多周期的调频信号，发射天线可安装于滑动轨道或小型化载体上，例如，可将发射天线安装于滑动轨道上，以通过所接收的天线移动信号控制发射天线沿滑动轨道匀速运动；或将发射天线固定安装于小型化载体上，通过所接收的天线移动信号控制小型化载体沿移动轨迹匀速移动；还可将发射天线安装于滑动轨道后，将滑动轨道固定安装于小型化载体上，以通过所接收的天线移动信号控制发射天线沿滑动轨道匀速运动。所使用的发射天线仅包含一个发射单元及一个接收单元，采用发送天线移动信号控制该发射天线沿移动轨迹匀速移动的方式，在移动轨迹中不同的点上发射多周期的调频信号，以实现与阵列天线等同的发射效果。
在本实施例中，可通过与发射天线共同设置的stm32单片机(STM32F446RE)发送天线移动信号对发射天线的移动轨迹及移动速度进行控制，此时雷达信号被stm32单片机本地解析并得到二维图像，可将所得到的二维图像通过网络传输至其他终端设备，以供用户在该终端设备中察看二维图像。其中，发射天线的移动速度可采用v表示，移动速度可设置为0.1-15m/s。
在本实施例中，通过数模转换器(DAC)产生调制信号，调制信号通过天线射频端的压控振荡器(VCO)产生中心频率为24GHZ的调频信号作为信号波进行发射。
在更具体的实施例中，所述移动轨迹为直线轨迹，所述调频信号为锯齿波信号，采用直线轨迹作为发射天线的移动轨迹，能够使所发射的多周期的调频信号在水平方向上不会有偏差，以进一步提高成像精度；采用锯齿波信号可减少每个周期内采样的数据，对数据进行传输或存储时数据量大幅减小，可以进一步提高成像速度。
图2为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的使用状态示意图，如图2所示，若采用锯齿波信号作为调频信号，则锯齿波周期为T，每个波对应的差拍信号的周期也为T，对每个周期T内的差拍信号需采样128个点的数据；而采用对称三角波作为调频信号，对称三角波的周期为2T，每个波对应的差拍信号的周期为2T，对称三角波的每条边采样128个点的数据，则整个周期内需采集256个点的数据，同一周期内需进行存储或传输的超过锯齿波信号。在进行成像所需采集的差拍信号的周期的数量相同时，采用锯齿波信号所得到的数据量为采用对称三角波所得到数据量的一半。
所发射的调频信号在一个扫描周期内的表达式为：
Figure BDA0002313274190000051
其中，Tr为锯齿波的扫描周期，f0为载频，K为调频斜率。
S120、通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储。
通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储。回波信号即为调频信号被物体反弹所形成的信号，调频信号接触到物体，大部分发生散射，其中一小部分被物体反弹，可通过信号接收设备接收被反弹的回波信号，并对回波信号进行存储。回波信号与调频信号的波形、频率及波长均相同。回波信号与发射的调频信号之间存在回波延时，回波延时采用τ表示，则在发射调频信号的时间点所接收到的回波信号可表示为Sr(t)＝St(t-τ)。
S130、对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号。
对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号。对调频信号及回波信号进行混频后，即可得到对应的差拍信号，由于发射天线发射多周期的调频信号，所接收到的回波信号也为多周期信号，则混频后可得到多周期的差拍信号。
在一实施例中，如图4所示，步骤S130包括子步骤S131、S132和S133。
S131、根据所述调频信号的发射时间与所述回波信号的接收时间确定回波延时。
根据所述调频信号的发射时间与所述回波信号的接收时间确定回波延时。若调频信号开始发射时间为t，则开始接收到回波信号的时间为t+τ，调频信号的发射时间与回波信号的接收时间之间的时间差即可确定为回波延时τ。
S132、根据所述回波延时对所述调频信号的扫描周期时间进行取模得到脉内时间。
根据所述回波延时对所述调频信号的扫描周期时间进行取模得到脉内时间。上述步骤中已确定回波延时τ，锯齿波的扫描周期时间为Tr，则根据回波延时τ对Tr进行取模即可得到脉内时间，脉内时间可采用tf进行表示。
S133、根据所述回波延时及所述脉内时间对所述调频信号与所述回波信号进行混频得到多周期的差拍信号。
根据所述回波延时及所述脉内时间对所述调频信号与所述回波信号进行混频得到多周期的差拍信号。根据回波延时及调频信号的表达式可确定回波信号的表达式，对调频信号与回波信号进行混频也即是对两个波信号的表达式进行相乘，得到差拍信号，所得差拍信号的表达式为：
Figure BDA0002313274190000061
其中，Sr(t)＝St(t-τ)。
根据脉内时间及回波延时对调频信号与回波信号进行混频即可得到多周期的差拍信号，多周期的差拍信号的表达式为：
Figure BDA0002313274190000062
其中，tf为脉内时间，ts为脉冲时间，ts＝m×Tr，由于在此表达式中m＝0，因此上述公式中并未包含对ts的计算。
S140、根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。成像模型即是用于对多周期差拍信号及移动速度进行成像处理以得到二维图像的模型，其中，成像模型包括信号压缩处理规则及反向快速傅里叶变换规则。
所得的二维图像中包含距离维信息和方位维信息，由于发射天线在发射调频信号时匀速移动(v＝0.1-15m/s)，发射天线的工作时间以毫秒(ms)为单位，发射天线在工作时间内的移动距离则可忽略不计，也即是所生成的二维图像中发射天线处于相对静止的位置。距离维信息即为被测物体所在平面与发射天线之间的距离，也即是发射天线与被测物体所在平面的投影距离，方位维信息即为发射天线在被测物体所在平面的投影与被测物体之间的距离，方位维信息为负，则表明被测物体在发射天线北侧，方位维信息为正，则表明被测物体在发射天线南侧。
图3为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像方法的使用状态示意图，如图3所示，图3-a为对单个物体进行成像后所得的二维图像，该物体的距离维信息为5米，方位维信息为0.02米，图3-b为对两个物体进行成像后所得的二维图像，第一个物体的距离维信息为5米，方位维信息为0.04米，第二个物体的距离维信息为5米，方位维信息为0.4米。
在一实施例中，如图5所示，步骤S140包括子步骤S141、S142和S143。
S141、根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号。
根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号。根据发射天线的移动速度对多周期的差拍信号进行去调频，也即是采用其他数值对回波延时τ进行替代，得到去调频差拍信号。
去调频差拍信号的表达式可表示为：
Figure BDA0002313274190000071
其中，
Figure BDA0002313274190000072
v为发射天线的移动速度，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，m为常量，Tr为锯齿波的扫描周期，f0为载频，K为调频斜率，ts＝m×Tr，tf为脉内时间。
S142、根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号。
根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号。根据信号压缩处理规则对去调频差拍信号进行压缩，即可得到对应的压缩信号，其中，信号压缩处理规则包括快速傅里叶变换规则(Fast Fourier Transform，FFT)、相位矫正函数、方位压缩参考函数。
在一实施例中，如图6所示，步骤S142包括子步骤S1421、S1422、S1423和S1424。
S1421、根据所述快速傅里叶变换规则对所述去调频差拍信号进行距离向变换得到第一变换信号；S1422、根据所述相位矫正函数对所述第一变换信号进行相位矫正得到相位矫正信号；S1423、根据所述快速傅里叶变换规则对所述相位矫正信号进行方位向变换得到第二变换信号；S1424、根据所述方位压缩参考函数对所述第二变换信号进行压缩处理得到压缩信号。tf及ts均为时域信息，通过快速傅里叶变换规则对去调频差拍信号中所包含的时域信息tf进行距离向变换后即可得到对应的频域信息fr，对所包含的时域信息ts进行方位向变换后即可得到对应的频域信息fa，其中，fa为方位多普勒信息，fr为距离多普勒信息。
对去调频差拍信号进行距离向变换，得到第一变换信号的表达式为：S1(fr,ts)＝(Tr-a0)×exp(-j2πf0a0)×exp(jπK0a0 2)×exp[-jπ(f0b0+Ka0-Ka0b0+fr)a0]×sinc[π(f0a0+Ka0-Ka0b0)(Tr-a0)]；相位矫正函数的表达式为：
Figure BDA0002313274190000081
根据相位矫正函数对第一变换信号进行相位矫正也即是将第一变换信号的表达式与相位矫正函数相乘，得到相位矫正信号；对相位矫正信号进行方位向变换，得到第二变换信号，第二变换信号的表达式为：
Figure BDA0002313274190000082
；对第二变换信号进行距离徙动校正后，与方位压缩参考函数在频域上相乘得到压缩信号，对第二变换信号进行距离徙动校正后的表达式为：
Figure BDA0002313274190000083
方位压缩参考函数的表达式为：
Figure BDA0002313274190000084
所得的压缩信号的表达式为：
Figure BDA0002313274190000085
其中，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，Tr为锯齿波的扫描周期，K为调频斜率，fr为距离多普勒信息。
S143、根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。反向快速傅里叶变换规则(Inverse Fast FourierTransform，IFFT)即为对压缩信号进行反向变换的规则，对压缩信号进行反向变换后即可得到包含方位维信息和距离维信息的二维图像，所得到的二维图像如图3所示。
对压缩信号进行反向变换后的表达式为：
Figure BDA0002313274190000091
其中，c为光速，v为发射天线的移动速度，R0为发射天线与物体之间的距离，Tr为锯齿波的扫描周期，K为调频斜率，fr为距离多普勒信息，Bd为多普勒带宽，λ为锯齿波的波长。
本发明实施例所提供的调频连续波雷达的成像方法，发送天线移动信号以控制发射天线根据天线移动信号进行匀速移动并发射多周期的调频信号；通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。通过上述方法，采用单发射单元的发射天线沿移动轨迹匀速移动的方式，以实现沿移动轨迹中不同的点上发射多周期的调频信号，根据调频信号及回波信号即可获取包含方位维信息及距离维信息的二维图像，可提高雷达成像速度，并且适用于小型调频连续波雷达，在实际应用过程中取得了良好的技术效果。
本发明实施例还提供一种调频连续波雷达的成像装置，该调频连续波雷达的成像装置用于执行前述调频连续波雷达的成像方法的任一实施例。具体地，请参阅图7，图7是本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像装置的示意性框图。该调频连续波雷达的成像装置可以配置于控制终端中。
如图7所示，调频连续波雷达的成像装置100包括调频信号发射单元110、回波信号接收单元120、差拍信号获取单元130和二维图像生成单元140。
调频信号发射单元110，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据天线移动信号进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元。
回波信号接收单元120，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储。
差拍信号获取单元130，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号。
在其他发明实施例中，所述差拍信号获取单元130包括子单元：回波延时确定单元、脉内时间获取单元和信号混频处理单元。
回波延时确定单元，用于根据所述调频信号的发射时间与所述回波信号的接收时间确定回波延时；脉内时间获取单元，用于根据所述回波延时对所述调频信号的扫描周期时间进行取模得到脉内时间；信号混频处理单元，用于根据所述回波延时及所述脉内时间对所述调频信号与所述回波信号进行混频得到多周期的差拍信号。
二维图像生成单元140，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
在其他发明实施例中，所述二维图像生成单元140包括子单元：差拍信号去调频单元、信号压缩处理单元和图像生成单元。
差拍信号去调频单元，用于根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号；信号压缩处理单元，用于根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号；图像生成单元，用于根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
在其他发明实施例中，所述信号压缩处理单元包括子单元：第一变化信号获取单元、相位矫正单元、第二变换信号获取单元和压缩处理单元。
第一变化信号获取单元，用于根据所述快速傅里叶变换规则对所述去调频差拍信号进行距离向变换得到第一变换信号；相位矫正单元，用于根据所述相位矫正函数对所述第一变换信号进行相位矫正得到相位矫正信号；第二变换信号获取单元，用于根据所述快速傅里叶变换规则对所述相位矫正信号进行方位向变换得到第二变换信号；压缩处理单元，用于根据所述方位压缩参考函数对所述第二变换信号进行压缩处理得到压缩信号。
本发明实施例所提供的调频连续波雷达的成像装置用于执行上述调频连续波雷达的成像方法，发送天线移动信号以控制发射天线根据天线移动信号进行匀速移动并发射多周期的调频信号；通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。通过上述方法，采用单发射单元的发射天线沿移动轨迹匀速移动的方式，以实现沿移动轨迹中不同的点上发射多周期的调频信号，根据调频信号及回波信号即可获取包含方位维信息及距离维信息的二维图像，可提高雷达成像速度，并且适用于小型调频连续波雷达，在实际应用过程中取得了良好的技术效果。
本发明实施例还提供一种调频连续波雷达的成像系统。图8为本发明实施例提供的调频连续波雷达的成像系统的示意性框图，如图8所示，上述调频连续波雷达的成像方法还可应用于调频连续波雷达的成像系统10中，成像系统10包括控制终端101及成像处理终端102，该方法通过安装于控制终端101及成像处理终端102中的应用软件进行执行，控制终端101与成像处理终端102建立网络连接以实现数据信息的传输，控制终端101即是用于执行调频连续波雷达的成像方法以对发射天线进行控制并获取调频信号及回波信号的终端设备，例如stm32单片机等；成像处理终端102即是用于执行调频连续波雷达的成像方法以接收调频信号及回波信号并进行成像处理以获取对应二维图像的终端设备，例如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或手机等。
控制终端101可执行以下步骤：
发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；将所述调频信号及所述回波信号发送至所述成像处理终端。
成像处理终端102可执行以下步骤：
对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
可通过控制终端发出天线移动信号以控制发射天线的移动轨迹及移动速度，并通过控制终端获取调频信号及回波信号，通过网络传输将调频信号及回波信号发送至成像处理终端，成像处理终端解析得到二维图像，用户可在该成像处理终端中察看二维图像。
如图8所示，控制终端101包括：
调频信号发射单元110，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；回波信号接收单元120，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；信号发送单元120a，用于将所述调频信号及所述回波信号发送至所述成像处理终端。
如图8所示，成像处理终端102包括：
差拍信号获取单元130，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；二维图像生成单元140，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种调频连续波雷达的成像方法，应用于控制终端，其特征在于，所述成像方法包括：
发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；所述移动轨迹为直线轨迹；
通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述成像模型包括信号压缩处理规则及反向快速傅里叶变换规则，所述根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像，包括：
根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号；
根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号；
根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述信号压缩处理规则包括快速傅里叶变换规则、相位矫正函数、方位压缩参考函数；
所述方位压缩参考函数的表达式为：
Figure FDA0003219046720000011
其中，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，f0为载频，fa为方位多普勒信息，v为匀速移动速度。
2.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的成像方法，其特征在于，所述对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号，包括：
根据所述调频信号的发射时间与所述回波信号的接收时间确定回波延时；
根据所述回波延时对所述调频信号的扫描周期时间进行取模得到脉内时间；
根据所述回波延时及所述脉内时间对所述调频信号与所述回波信号进行混频得到多周期的差拍信号。
3.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的成像方法，其特征在于，所述根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号，包括：
根据所述快速傅里叶变换规则对所述去调频差拍信号进行距离向变换得到第一变换信号；
根据所述相位矫正函数对所述第一变换信号进行相位矫正得到相位矫正信号；
根据所述快速傅里叶变换规则对所述相位矫正信号进行方位向变换得到第二变换信号；
根据所述方位压缩参考函数对所述第二变换信号进行压缩处理得到压缩信号。
4.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的成像方法，其特征在于，所述调频信号为锯齿波信号。
5.一种调频连续波雷达的成像方法，应用于控制终端，所述控制终端与一成像处理终端进行通信，其特征在于，所述成像方法包括：
发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；所述移动轨迹为直线轨迹；
通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
将所述调频信号及所述回波信号发送至所述成像处理终端以进行成像处理。
6.一种调频连续波雷达的成像方法，应用于成像处理终端，所述成像处理终端与一控制终端进行通信，其特征在于，所述成像方法包括：
接收所述控制终端所发送的调频信号及回波信号；其中，所述控制终端用于发送天线移动信号，以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，所述控制终端还用于接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；所述移动轨迹为直线轨迹；
对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述成像模型包括信号压缩处理规则及反向快速傅里叶变换规则，所述根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像，包括：
根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号；
根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号；
根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述信号压缩处理规则包括快速傅里叶变换规则、相位矫正函数、方位压缩参考函数；
所述方位压缩参考函数的表达式为：
Figure FDA0003219046720000031
其中，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，f0为载频，fa为方位多普勒信息，v为匀速移动速度。
7.一种调频连续波雷达的成像装置，其特征在于，包括：
调频信号发射单元，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；所述移动轨迹为直线轨迹；
回波信号接收单元，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
差拍信号获取单元，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
二维图像生成单元，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述成像模型包括信号压缩处理规则及反向快速傅里叶变换规则，所述根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像，包括：
根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号；
根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号；
根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述信号压缩处理规则包括快速傅里叶变换规则、相位矫正函数、方位压缩参考函数；
所述方位压缩参考函数的表达式为：
Figure FDA0003219046720000041
其中，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，f0为载频，fa为方位多普勒信息，v为匀速移动速度。
8.一种调频连续波雷达的成像系统，其特征在于，包括控制终端及成像处理终端，所述控制终端包括：
调频信号发射单元，用于发送天线移动信号以控制发射天线根据所述天线移动信号中的移动轨迹进行匀速移动并发射多周期的调频信号，其中，所述发射天线包含一个发射单元及一个接收单元；所述移动轨迹为直线轨迹；
回波信号接收单元，用于通过所述接收单元接收所述调频信号被反弹所形成的回波信号并进行存储；
信号发送单元，用于将所述调频信号及所述回波信号发送至所述成像处理终端；
所述成像处理终端包括：
差拍信号获取单元，用于对所述调频信号及所述回波信号进行混频以获取多周期的差拍信号；
二维图像生成单元，用于根据预置的成像模型对所述多周期差拍信号及所述发射天线的移动速度进行成像得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述成像模型包括信号压缩处理规则及反向快速傅里叶变换规则，所述二维图像生成单元，包括：
差拍信号去调频单元，用于根据所述移动速度对所述多周期的差拍信号进行去调频以得到去调频差拍信号；
信号压缩处理单元，用于根据所述信号压缩处理规则对所述去调频差拍信号进行压缩处理得到压缩信号；
图像生成单元，用于根据所述反向快速傅里叶变换规则对所述压缩信号进行反向变换得到包含方位维信息及距离维信息的二维图像；
所述方位压缩参考函数的表达式为：
Figure FDA0003219046720000051
其中，c为光速，R0为发射天线与物体之间的距离，f0为载频，fa为方位多普勒信息，v为匀速移动速度。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011007828A1 (ja) * 2009-07-16 2011-01-20 国立大学法人 千葉大学 Ｆｍ－ｃｗレーダ装置、ドップラ速度測定方法
CN106405541A (zh) * 2016-11-14 2017-02-15 苏州途视电子科技有限公司 全相参连续波多普勒雷达及其测距测速方法
CN107121670A (zh) * 2017-04-12 2017-09-01 东南大学 一种基于合成孔径雷达的反无人机防御系统
CN108693523A (zh) * 2017-12-06 2018-10-23 深圳大学 基于锯齿波线性调频雷达多目标测距测速的方法及系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011007828A1 (ja) * 2009-07-16 2011-01-20 国立大学法人 千葉大学 Ｆｍ－ｃｗレーダ装置、ドップラ速度測定方法
CN106405541A (zh) * 2016-11-14 2017-02-15 苏州途视电子科技有限公司 全相参连续波多普勒雷达及其测距测速方法
CN107121670A (zh) * 2017-04-12 2017-09-01 东南大学 一种基于合成孔径雷达的反无人机防御系统
CN108693523A (zh) * 2017-12-06 2018-10-23 深圳大学 基于锯齿波线性调频雷达多目标测距测速的方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
调频连续波合成孔径雷达成像研究与系统实现;蔡永俊;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160815;摘要，正文第22页倒数第1-3段，第23页第1-5段，第24页第1段，第25页第2段，第26页倒数第1-2段，第30-33页第2.4.2节，第33-35页第2.4.3节，第48页第2段，第49页倒数第1段，第50-55页第3.3.1、3.3.2、3.3.3、3.3.4节，第79-81页第5.1.1节，第86-89页第5.2.1节及图2-2、2-3、3-1、3-4、5-3、5-13、5-14 *

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