[發明專利]一種基于雙頻干涉的太赫茲雷達目標三維成像方法

有效

• 申請號: 201610013398.1
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105676218B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 秦玉亮;蔣彥雯;王宏強;鄧彬;高敬坤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 胡偉華

1.一種基于雙頻干涉的太赫茲雷達目標三維成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，二維方位-俯仰成像

通過電磁計算軟件仿真或是通過太赫茲雷達系統采集得到兩個相鄰頻點的方位俯仰向回波，對兩個相鄰頻點的方位俯仰向回波信號分別進行二維方位-俯仰成像，獲得目標在相鄰頻點上的兩幅二維方位-俯仰圖像；

其中，二維方位-俯仰成像的方法如下：

設照射目標的電磁波為平面波，目標處于遠場條件下；在目標坐標系中，坐標系原點O為目標中心，目標上任一散射點P的坐標為(x_p,y_p,z_p)；考慮固定目標坐標系不變，某一姿態下雷達視線的單位矢量形式可表示為(sinθ)，其中θ與分別表示該視線角在目標坐標系中的俯仰角與方位角；雷達發射單頻信號s(t)＝exp(j2πft)，f為發射信號載頻，遠場條件下的雷達回波可表示為：

其中，g(x_p,y_p,z_p)表示目標的三維散射分布函數，k＝2πf/c為波數，c為光速，r(x_p,y_p,z_p)為固定目標坐標系中目標上散射點在雷達視線方向上的投影，因此，(θ)角上的空間波束域矢量可表示為：

方位向與俯仰向的成像孔徑范圍分別為和[-Δθ/2+θ_c,Δθ/2+θ_c]，其中和Δθ分別表示方位和俯仰向的轉角大小，和θ_c分別表示成像孔徑的中心方位角與俯仰角；式(1)的形式滿足傅里葉變換的形式，利用逆變換即可獲得目標的散射分布函數表達式：

然后，將式(3)描述的雷達方位-俯仰成像在波數域的觀測采樣與目標散射分布函數之間的關系從固定目標坐標系轉換到固定雷達坐標系，具體作法為：

假定當雷達視線矢量與固定目標坐標系的X方向矢量相反時，固定雷達坐標系與固定目標坐標系一致，這樣二者坐標系之間的變換視為圍繞中心方位角和中心俯仰角θ_c的二次旋轉關系；坐標系變換的坐標變換矩陣可表示為：

對式(3)坐標變換后進一步求解，可得到單頻點下方位-俯仰成像的點擴展函數形式：

其中，(x,y,z)坐標變換后目標散射點在雷達坐標系中的坐標，x表示目標散射點在雷達坐標系中距離向的坐標，即雷達視線方向上的高程；

方位向和俯仰向的成像分辨率可表示為：

其中，λ為波長，當θ_c＝0°，且方位向和俯仰向的分辨率相同；

第二步：雙頻下方位-俯仰成像的干涉處理

對第一步得到的兩幅方位-俯仰圖像進行干涉處理獲得距離向坐標從而實現三維成像，方法如下：

S2.1獲取干涉相位

根據式(5)，兩種成像孔徑下得到的圖像的相位項exp(j2πkx)不同；兩頻點下方位俯仰成像的點擴展函數可表示為：

其中k₀＝2πf₀/c和k₁＝2πf₁/c為波數，f₀和f₁表示方位-俯仰成像采用的兩頻點；

將雙頻點的方位俯仰成像結果共軛相乘可得干涉相位：

Θ=Angle[ρ0*(x,y,z)·ρ1(x,y,z)]=4πf1x/c-4πf0x/c=4πΔfx/c---(8)]]>

其中，Δf＝f₁-f₀表示用于干涉的兩幅圖像成像頻率的頻率差；

S2.2目標的距離向坐標計算

目標的距離向坐標即目標在雷達視線方向上的高程可表示為：

x=Θ·c4πΔf---(9)]]>

S2.3獲得目標的三維成像結果

將S2.2得到的目標距離向坐標與第一步中得到的目標二維方位-俯仰圖像結合，即可得到目標的三維成像結果。

2.根據權利要求1所述的基于雙頻干涉的太赫茲雷達目標三維成像方法，其特征在于，第二步還包括相位解纏繞處理，在S2.1中的式(8)得到的是干涉相位的主值，主值范圍為(-π,π]，當真實的干涉相位超出該主值范圍時，需要對式(8)中的干涉相位Θ進行解纏繞處理，解纏方法采用Flynn的最小不連續算法。