[发明专利]微波光子分布式雷达成像系统及方法

说明书

一种分布式雷达成像系统，包括：中心站，将低频窄带线性调频电信号调制n路不同波长的光载波，分别通过不同延时的光纤传输至发射站和(n‑1)个接收站，对来自接收站的回波光信号进行合束和并行去斜处理，对合束去斜信号进行模数转换、传输相位延迟补偿、频域切分和三维成像处理；发射站，将来自中心站的光载射频信号转换成高频宽带线性调频电信号发射；接收站，接收目标回波信号，调制来自中心站的光载射频信号，经光纤传回中心站。本发明还公开了一种微波光子分布式雷达成像方法。本发明将光子倍频、光纤射频传输及光子并行去斜处理技术应用于分布式雷达，实现一发多收架构下的三维成像，降低系统复杂度，提升系统分布能力和成像性能。

技术领域

本发明涉及雷达成像领域，尤其涉及一种微波光子分布式雷达成像系统及方法。

背景技术

微波雷达具有全天时、全天候、高分辨率的遥感成像能力，在国土测绘、资源勘察、环境灾害监测、区域侦察等领域有着不可或缺的重要作用。随着科技发展和应用推动，现代雷达向高分辨率、多功能、小型化、可重构等方向发展。然而，受限于“电子瓶颈”，电子技术难以实现宽带信号的产生、控制及处理，为传统雷达实现多波段宽带可重构带来巨大挑战。近年来，光子技术凭借其大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰、可多域复用等特性，成为“照亮雷达未来的关键技术”，备受国际关注。微波光子雷达系统及其关键技术成为国内外研究热点，光子技术被应用于信号产生、变频及倍频、光纤传输、去斜处理和模数转换等各环节，以提高雷达带宽、扩大探测基线和合成孔径，从而实现高分辨率的二维成像和精确探测。

随着微波光子雷达系统的发展，光子技术开始向三维成像应用扩展。相比于二维图像，三维图像可提供目标的散射点能量分布，获取更丰富的细节信息，更利于目标识别。为了在二维成像基础上获取目标的第三维度信息，需要在垂直于二维成像平面的方向上构建干涉基线。一种典型方法是干涉逆合成孔径雷达(InISAR)，即在第三维度设置两个天线，通过接收信号相位相干处理实现。这种方法存在的问题是：(1)难以区分位于同一距离-多普勒单元的多个主散射点，不具有第三维度几何分辨率；(2)第三维度测量精度随基线增长而提高，但相位干涉质量也随之降低，二者之间存在矛盾。为解决上述问题，多站分布式雷达架构被提出，相比InISAR增加了第三维度的天线数量和对应基线长度，从而具有第三维度几何分辨能力，同时多通道间的相参性也得到提高，典型系统如线性阵列雷达和多发多收(MIMO)雷达等，其三维重建能力已在传统电子雷达系统中得到验证。然而，增加的发射机和接收机数量将成倍提高系统成本和复杂度。此外，基线增长也为信号相干处理带来了新的挑战，在现有的多基地电子雷达中，接收机收到目标的回波信号后需先在本地进行预处理，再传回中心站点进行数据融合，因而难以避免部分信息的丢失。相比于传统电子技术，光子技术在宽带信号的产生、处理和传输方面均具备一定优势。将光子技术应用于分布式雷达系统，将有望解决现有问题，并进一步提升系统的成像探测性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微波光子分布式雷达成像系统及方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的第一方面，提供了一种中心站，其包括：

光源阵列，用于产生n路波长为λ₁、λ₂、……、λ_n，的光载波；

第一光合束器，用于将所述光源阵列产生的n路光载波合束，得到光载波组；

电光调制器，用于将低频窄带的线性调频电信号调制到所述光载波组上，生成包含n路光载射频信号的调制光信号；

光波分复用器，用于将所述调制光信号根据载波波长的不同进行分束，得到n路载波波长分别为λ₁、λ₂、……、λ_n的光载射频信号，其中光载波波长为λ₁的光载射频信号作为发射光信号，载波波长分别为λ₂、λ₃、……、λ_n的(n-1)路光载射频信号作为参考光信号；