[發(fā)明專利]滑動(dòng)式弧形陣列微波成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811638042.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN109597071B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃平平;杜欣;譚維賢;徐偉;李亞超;張振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/89
• 分類號(hào): G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 北京金信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 喻嶸;郭迎俠

1.一種滑動(dòng)式弧形陣列微波成像方法，包括：

獲取搭載微波成像系統(tǒng)的空中平臺(tái)飛行的位置信息；

基于所述空中平臺(tái)的飛行參數(shù)和所述微波成像系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置所述空中平臺(tái)的滑動(dòng)間距；

至少根據(jù)所述滑動(dòng)間距，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行掃描；

收集所述目標(biāo)場(chǎng)景響應(yīng)于所述掃描的散射回波；

基于所述散射回波，進(jìn)行成像；

所述滑動(dòng)式弧形陣列微波成像方法具體包括以下步驟：

S1在所述空中平臺(tái)搭載微波成像系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行飛行時(shí)，通過所述慣性導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)獲得所述空中平臺(tái)在空中的當(dāng)前位置信息；

S2根據(jù)所述空中平臺(tái)的飛行姿態(tài)和所述微波成像系統(tǒng)的參數(shù)，在所述微波成像系統(tǒng)中設(shè)置所述空中平臺(tái)的滑動(dòng)間距；其中，

在步驟S2中，設(shè)置所述空中平臺(tái)的滑動(dòng)間距包括以下步驟：

S21根據(jù)所述空中平臺(tái)的飛行姿態(tài)和所述微波成像系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算成像觀測(cè)最遠(yuǎn)地距和成像觀測(cè)最近地距；其中，

所述成像觀測(cè)最遠(yuǎn)地距的表達(dá)式為：

所述成像觀測(cè)最近地距的表達(dá)式為：

其中，r_max為成像觀測(cè)最遠(yuǎn)地距，r_min為成像觀測(cè)最近地距，φ_in為弧形接收陣列天線或弧形發(fā)射陣列天線的入射角，φ_-3dB為弧形接收陣列天線或弧形發(fā)射陣列天線的俯仰向-3dB波束寬度，H為飛行平臺(tái)的高度，R_arc為所述弧形陣列的半徑；

S22根據(jù)所述成像觀測(cè)最遠(yuǎn)地距和所述成像觀測(cè)最近地距，設(shè)置相鄰的每兩次在瞬時(shí)環(huán)狀掃描時(shí)形成的弧形陣列的中心滑動(dòng)間距，獲得所述空中平臺(tái)的滑動(dòng)間距；

S3根據(jù)所述當(dāng)前位置信息和所述滑動(dòng)間距，通過所述微波成像系統(tǒng)中的微波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制所述微波成像系統(tǒng)中的弧形接收陣列天線的接收天線陣元與弧形發(fā)射陣列天線的發(fā)射天線陣元之間的切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面場(chǎng)景進(jìn)行瞬時(shí)環(huán)狀掃描；

S4通過所述微波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制所述接收天線陣元接收并存儲(chǔ)通過所述瞬時(shí)環(huán)狀掃描獲得的所述地面場(chǎng)景的散射回波；

S5對(duì)所述散射回波進(jìn)行成像處理以獲得所述空中平臺(tái)的周圍的所述地面場(chǎng)景的微波圖像；其中，所述對(duì)所述散射回波進(jìn)行成像處理包括以下步驟：

S51將所述散射回波通過所述微波成像系統(tǒng)中的混頻器進(jìn)行混頻處理，獲得混頻回波信號(hào)；其中，

當(dāng)微波成像系統(tǒng)采用調(diào)頻連續(xù)波工作方式時(shí)，弧形陣列天線輻射的微波信號(hào)經(jīng)過觀測(cè)區(qū)域反射，由弧形接收陣列天線進(jìn)行接收，并經(jīng)過微波成像系統(tǒng)的混頻器，其接收信號(hào)可以表達(dá)為：

當(dāng)微波成像系統(tǒng)采用線性調(diào)頻脈沖工作方式時(shí)，弧形陣列天線輻射的微波信號(hào)經(jīng)過觀測(cè)區(qū)域反射，由弧形接收陣列天線進(jìn)行接收，并經(jīng)過微波成像系統(tǒng)的混頻器，其接收信號(hào)可以表達(dá)為：

其中，S_re(t,x,y,z)為弧形接收陣列天線所接收的信號(hào)，δ_n(x_n,y_n,z_n)為觀測(cè)場(chǎng)景中目標(biāo)P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系數(shù)，R_n表示位于坐標(biāo)為(x,y,z)處的弧形陣列等效采樣點(diǎn)與P_n(x_n,y_n,z_n)之間的距離，坐標(biāo)(x,y,z)為空中平臺(tái)在勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的弧形陣列天線等效采樣點(diǎn)的坐標(biāo)位置，C表示電磁波傳播速度，具體公式為：

S52將所述混頻回波信號(hào)沿所述散射回波的距離向進(jìn)行傅里葉變換，以獲得距離頻域的回波信號(hào)S_{FT_re}(R_n,x,y,z)；其中，距離頻域的回波信號(hào)S_{FT_re}(R_n,x,y,z)的表達(dá)式為：

其中，S_{FT_re}(R_n,x,y,z)表示距離頻域的回波信號(hào)，δ_n(x_n,y_n,z_n)為觀測(cè)場(chǎng)景中目標(biāo)P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系數(shù)，F(xiàn)T_t表示沿距離向時(shí)間變量t進(jìn)行傅里葉變換，R_n表示位于坐標(biāo)(x,y,z)處的弧形陣列等效采樣點(diǎn)與目標(biāo)P_n(x_n,y_n,z_n)之間的距離；

S53將所述距離頻域的回波信號(hào)通過匹配濾波獲得濾波后的距離頻域信號(hào)；其中，所使用的濾波函數(shù)H(f_r)為：

H(f_r)＝exp{jπK_rt²}；

其中，K_r為信號(hào)的調(diào)頻率；

距離頻域的回波信號(hào)經(jīng)濾波匹配后得到的濾波后的距離頻域信號(hào)S_{FT_rc}(R_n,x,y,z)表達(dá)式為：

其中，S_{FT_re}(R_n,x,y,z)表示距離頻域的回波信號(hào)，H(f_r)為濾波函數(shù)，δ_n(x_n,y_n,z_n)為觀測(cè)場(chǎng)景中目標(biāo)P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系數(shù)，f_c為雷達(dá)工作中心頻率，R_n表示位于坐標(biāo)(x,y,z)處的弧形陣列等效采樣點(diǎn)與目標(biāo)P_n(x_n,y_n,z_n)之間的距離；

S54對(duì)所述濾波后的距離頻域信號(hào)進(jìn)行相干疊加，獲得所述地面場(chǎng)景的微波圖像。