[发明专利]太赫兹ISAR成像系统及基于后向投影的图像重建方法

权利要求书

1.基于后向投影的图像重建方法，其特征是利用太赫兹ISAR成像系统，操作下述步骤：

(1)太赫兹雷达系统工作时发射214GHz-226GHz频率步进信号s(t)，可以表示为其中，rect(·)表示矩形包络，τ为脉冲串中子脉冲的宽度，T_r是脉冲重复周期，f₀为脉冲的起始频率，Δf为脉冲间频率步进量，每一帧信号中第n个子脉冲的频率f_n＝f₀+nΔf，其中，n＝0,1…N-1，N为一帧信号中子脉冲的个数；t表示快时间，表示虚数单位；

在雷达发送信号的同时，二维高精度电控旋转台在步进电机的驱动下二维步进旋转扫描，二维高精度电控旋转台的步进转角用i来表示，M为ISAR成像时，一幅图像所需信号的帧数，雷达发射信号帧数与转台的步进转角i一一对应，因此，i＝1…M；设在二维高精度电控旋转台旋转到步进转角i时，二维高精度电控旋转台上散射点p到雷达的距离用矢量表示，则该散射点产生的雷达回波时延为：其中，c为光速；对于转台确定的转角i，散射点p产生的雷达回波时延为t_i为常数；

(2)转台在步进转角i时，位于O'处的天线接收到p点反射的回波信号为：

其中，为回波的幅度因子，s(t-t_i)为发射信号s(t)经历时延t_i后的回波，t仍为快时间；

计算二维高精度电控旋转台在步进转角i上，雷达接收到的回波信号为：

转台扫描的同时，雷达将接收到的回波信号采样并I/Q解调，二维扫描完成后，得到一个N×M的回波矩阵，该矩阵为复矩阵，矩阵的实部为I路采样的回波幅值，矩阵的虚部为Q路采样的回波幅值；

将采样的数据根据公式计算回波矩阵距离方向上，每帧信号子脉冲频点的相位；

然后，计算帧内子脉冲采样点的相位差并将这些相位差求平均，得到帧内平均相位差

将多次采样计算出的帧内平均相位差求和再平均得到的值，为理想相位差θ；

求出每帧采样信号上各频点间的相位差对理想相位差的偏差作为相位补偿值，叠加在原始信号的相位上，得到相位补偿后的回波信号用表示；

调用Matlab中的IFFT命令，将距离向回波数据变换到时域得到一个N×M的二维时域矩阵；

在成像平面选取a×a的方形成像区域D，采用Matlab中的x＝[-a/2:Δε:a/2]；y＝[-a/2:Δε:a/2]'；来对二维成像区域D进行网格划分，其中，Δε为网格划分的精度；

(3)二维高精度电控旋转台位于步进转角i时，成像区域D网格上的任意像素点q到雷达天线的距离为：

计算二维高精度电控旋转台位于步进转角i时，网格上所有的点到雷达天线的距离；其中，r_q是像素点q所处位置二维高精度电控旋转台的回转半径，R是雷达天线O'到二维高精度电控旋转台中心O的距离，这个距离为常量，θ_qi是二维高精度电控旋转台位于步进转角i时，r_q与R的夹角；

计算对于不同的二维高精度电控旋转台步进转角i上，雷达天线到成像区域D上所有网格的距离，再将步骤2中得到的N×M的时域矩阵反向投影到成像平面网格上，得到M个后向投影的子矩阵，M个投影矩阵相干叠加后，得到太赫兹二维ISAR图像位于处的信号强度是转台在步进转角i处，所接收到的回波信号沿距离向相位补偿并逆傅立叶变换到时域的数值，是将步进转角i处接收到的回波信号反向投影到成像区域D的网格上的值，网格上任意像素点q到天线位置O'的距离对应的时延是将每个步进转角i处接收到的回波信号投影到网格D上并相干叠加，即有M个子矩阵相进行干叠加后的结果；

对成像平面上所有距离单元进行迭代运算，即可对角反射器的回波进行二维ISAR图像重建；

所述太赫兹ISAR成像系统，包括太赫兹频率步进雷达成像系统、二维高精度电控旋转台、步进电机控制器；在步进电机控制器的控制下，二维高精度电控旋转台旋转，实现二维扫描；所述太赫兹频率步进雷达成像系统包括频综模块、射频前端、中频模块、喇叭天线模块、信号采集处理模块、上位机控制单元、图像显示单元。