[发明专利]光载超宽带远程微波光子混沌MIMO成像雷达

说明书

技术领域

本发明涉及雷达成像技术，具体是一种光载超宽带远程微波光子混沌MIMO成像雷达。

背景技术

随着雷达技术的进步，雷达功能早已从最初的目标检测、测距、测角、测速等发展到二维或三维的目标成像。雷达图像能够帮助人们获得目标空间结构、属性特征等方面的有用信息。自20世纪50年代以来，雷达成像技术已被广泛用于农林生产、环境保护、灾情报告、海洋监测、地理测绘、资源勘查、无损检测、生物医学、考古和军事等多个领域。

雷达成像技术是通过主动向目标发射电磁波，并接收目标的散射回波来反演得到目标图像，其发展经历了四个阶段：实孔径雷达（RAR，Real Aperture Radar）、合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）、逆合成孔径雷达（ISAR，Inverse Synthetic Aperture Radar）和多输入输出（MIMO，Multiple input Multiple output）雷达。相比于SAR和ISAR，MIMO雷达通过多发多收的阵列构型和波形分集的优势可以获得突破实际物理阵元数目限制的观测通道数，不需要长的积累时间，具有实时成像能力且无需对目标进行运动补偿，利用多个通道回波数据的联合处理可以在空间上等效为一个大孔径阵列，达到方位向的高分辨率要求。但其自身也存在急需突破的难点问题：如何方便、快速地产生波形数目和编码长度均不受限制的准正交信号集作为MIMO雷达的发射信号以及如何增强发射信号的宽带。

为此，研究者们将超宽带（Ultra-wideband，UWB）技术引入MIMO雷达中。2007年，意大利的Martinez-Vazquez等人提出了利用UWB-MIMO雷达阵列进行小范围监视。2009年，武汉雷达学院的王党卫等人提出基于两个分布式阵列的UWB-MIMO雷达用于降低系统的硬件复杂性。2010年，美国的Ralston等人研制了一种UWB-MIMO的相控阵雷达系统用于实时穿墙成像，获得大于10Hz的成像速率。然而，受电子器件带宽瓶颈的限制，上述直接在电域产生的UWB信号带宽小于2GHz，且 UWB信号用传统的同轴电缆和波导传输线路来传输损耗大，作用距离短，使得超宽带雷达在军事和民用领域应用中受到限制。

为了克服电域产生UWB信号带宽和传输受限的问题，研究者们提出了各种光生UWB信号方法和光载UWB无线电技术。在光域中直接产生的UWB信号带宽可以达到十几GHz甚至几十GHz，光纤的巨大带宽和低损耗的传输特点，使其成为远程微波系统中的理想传输媒介，是同轴电缆和波导传输线路的理想替代物。2012年，以色列的Zadok等人提出了一种基于受激布里渊散射放大自发辐射的超宽带噪声雷达，发射信号经过10km的光纤传输到达远程天线单元，大大提高了雷达系统的有效作用范围。2014年，南京航空航天大学的潘时龙等人利用相位调制-强度调制转换产生了UWB脉冲并将其用于测距雷达中，信号经过8km光纤传输后仍可实现cm量级的距离分辨率。同年，中科院半导体所的刘建国等人提出了一种基于光电振荡器的分布式超宽带噪声雷达，利用偏振强度调制转换器实现频谱整形，发射信号经过3km光纤传输可实现cm量级的距离分辨率。然而，上述的远程UWB光子雷达均只发射一路UWB脉冲或者噪声信号作为雷达探测光信号，仅实现了目标物的一维空间测距。