[发明专利]微波光子逆合成孔径雷达成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种微波光子逆合成孔径雷达成像方法。本发明方法用中频线性调频信号对单频光载波进行调制，生成调制光信号，然后将所述调制光信号转换为电信号后通过发射天线向目标发射；将所述调制光信号的分束信号分为偏振态相同的两路正交信号；然后分别以这两路正交信号为参考，分别对接收天线所接收的反射信号进行光域去啁啾处理、光电转换，得到两路携带目标信息的去啁啾探测信号；最后基于这两路去啁啾探测信号进行目标的雷达图像重建。本发明还公开了一种微波光子逆合成孔径雷达成像装置。相比现有技术，本发明可低成本、高适应性地实现微波光子雷达回波信号的复信号处理，进而提升雷达成像效果。

技术领域

本发明涉及逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术领域，尤其涉及一种微波光子逆合成孔径雷达成像方法及装置。

背景技术

逆合成孔径雷达成像是一种基于先进的信号处理算法而非大孔径天线的运动目标识别技术。在空中交通管制、车辆防撞和快速安全检查等应用中，高分辨率的实时ISAR成像是非常需要的。为了实现这一目标，ISAR首先要发射具有大瞬时带宽的微波信号，然后在接收机中快速处理接收到的回波。然而，通过直接数字合成器(DDS)直接产生常用于高分辨率ISAR的线性调频(LFM)信号，其频率被限制在吉赫兹(GHz)量级，因此使用传统的电子技术很难获得高成像分辨率。为了突破瞬时带宽限制，一种方法是在ISAR系统中应用高载频。例如，Y.Qing等人使用了一种载频为321GHz，瞬时带宽为10GHz的信号做太赫兹ISAR成像，其距离分辨率约为1.5cm。然而，由于需要多次变频、滤波和放大的操作，使得系统复杂度大大增加，引起了信号质量和成像性能严重恶化。此外，由于发射功率小，大气对太赫兹波段的吸收大，特别是在极端天气条件下，太赫兹波段的雷达探测范围有限。另一种方法是，为了实现实时成像，在接收机中应用了去啁啾技术，但该技术仍然存在带宽和电子信号处理的性能限制，特别是当采用非常大的瞬时带宽时。

微波光子技术已经被提出用于产生和处理高频和宽带射频信号，这为克服现代雷达的带宽限制提供了解决方案。例如，可以方便地利用光子方法实现带宽超过10GHz的LFM信号生成。微波光子频率变换器可以在几十GHz的频率范围内工作。微波光子技术在全数字相干雷达中具有广阔的应用前景。然而，采样接收机中的信号处理带宽只有几十兆赫(MHz)，限制了工作带宽。为了充分利用微波光子技术在宽带雷达中的应用，潘时龙课题组提出了《基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像，上海航天》[潘时龙，张方正，叶星炜，高彬栋，郭清水.基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像[J].上海航天,2018,35(06):46-53.]，该系统利用光子四倍频产生宽带调频信号，将接收到的雷达回波解啁啾为基于光子混频的低频信号，对去噪后的低频信号进行采样和处理，实现了二维分辨率优于2cm×2cm，成像速率高达100帧/s的逆合成孔径雷达成像。