[发明专利]基于电磁涡旋波的三维合成孔径雷达成像方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁涡旋波的三维合成孔径雷达成像方法，主要解决了现有二维成像方法仅考虑目标与雷达相对静止的问题。本发明的实现步骤是：(1)发射具有不同轨道角动量的电磁涡旋波；(2)对接收到的回波信号进行距离压缩和距离徙动校正；(3)沿航向进行去斜操作，得到沿航向聚焦图像；(4)以场景中心为参考，对沿航向聚焦后的图像进行多普勒单元徙动校正；(5)在轨道角动量域进行傅里叶变换，得到三维图像，再根据角度转换关系，得到最终的三维合成孔径雷达图像。本发明通过利用电磁涡旋波携带的轨道角动量，结合目标与雷达的相对运动，实现了三维合成孔径雷达成像。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及雷达成像技术领域中的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)三维成像方法。

背景技术

合成孔径雷达因具有全天时、全天候、远距离成像的能力，在战略防御、地形测绘等军用和民用领域得到了广泛应用。传统SAR仅能获取斜平面上的两维图像，且受叠掩和透视收缩等的影响。为了克服两维成像的缺陷，国内外学者提出了多种三维SAR成像的方法。目前三维SAR成像已成为现代雷达的研究热点之一。

下视线性阵列三维SAR系统作为实现三维SAR成像的主要技术之一，目前已受到各国学者的关注。通过利用垂直航向的线性阵列，下视线性阵列三维SAR可实现除传统SAR成像可得到的沿航向和距离向分辨以外，还能获得垂直航向的分辨能力，从而实现对照射场景的三维成像。但是，下视线性阵列三维SAR存在两个主要的问题：垂直航向分辨率受阵列尺寸的影响，与沿航向和距离向分辨率相比通常较低；为避免模糊图像，垂直航向上的阵元间距必须足够小，从而导致阵元数的大大增加。

电磁涡旋波携带的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)受到了无线通信，射电天文学等越来越多领域的重视。近年来，电磁涡旋波被成功运行于二维雷达目标成像。但是目前的研究局限于雷达与目标相对静止，且仅能获取目标的两维图像。

发明内容

本发明针对上述三维SAR成像的问题，提出了一种新的基于电磁涡旋波的三维SAR成像方法。与传统方法不同，本发明充分利用雷达与目标的相对运动，在传统两维SAR成像的基础上，结合电磁涡旋波携带的OAM获取目标的第三维图像，从而得到三维SAR图像。

为实现上述目的，本发明的主要步骤如下：

(1)发射具有不同OAM态的电磁涡旋波；

(2)对接收到的回波信号进行距离压缩和距离徙动校正；

(3)沿航向进行去斜操作，得到沿航向聚焦图像；

(4)以场景中心为参考，对沿航向聚焦后的图像进行多普勒单元徙动校正；

(5)在OAM域进行傅里叶变换，得到三维图像，再根据角度转换关系，得到最终的三维SAR图像。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

本发明利用电磁涡旋波携带的OAM和雷达与场景间的相对运动，克服了传统方法仅能实现二维成像的局限，最终可得到三维SAR图像。

附图说明

图1为本发明的设计方法流程图；

图2为SAR系统的成像几何示意图；

图3为利用本发明方法得到的三维SAR图像；

图4为利用本发明方法得到的第二个点目标的沿锥角方向和沿方位角方向的成像剖面图；

具体实施方式

参照附图1，本发明的具体实施步骤如下：

步骤1，发射具有不同OAM态的电磁涡旋波。