[发明专利]一种随机跳频微波关联成像波形设计方法

说明书

本发明提供一种随机跳频微波关联成像波形设计方法。技术方案包括以下步骤：第一步：划分网格，对成像平面进行均匀网格划分。初始化迭代参数，生成初始跳频编码矩阵；第二步：推演辐射场，计算每次迭代的随机跳频信号和网格中心对应的参考信号，并形成参考信号矩阵；第三步：求解参考矩阵的条件数；第四步：更新跳频编码矩阵；第五步：如果收敛则结束技术方案，否则返回第二步进行迭代。本发明可不断改善辐射场的随机性，最终达到提高成像性能的目的。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及微波关联成像波形设计方法，更为具体地涉及一种基于随机跳频波形的微波关联成像波形设计方法。

背景技术

微波关联成像(Dongze Li,Xiang Li,Yuliang Qin,Yongqiang Cheng,andHongqiang Wang,“Radar Coincidence Imaging:An Instantaneous Imaging TechniqueWith Stochastic Signals,”IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol.52,no.4,Apr.2014)起源于光学关联成像，是一种新的凝视高分辨成像方法，不依赖于雷达与目标的相对运动，可以与传统的雷达成像系统形成互补。与传统的依赖雷达与目标相对运动的多普勒效应获得高分辨的雷达成像方法相比，微波关联成像借鉴经典的光学关联成像的原理，通过对探测信号波前的调制形成具有随机涨落的辐射场，从而获得超越天线孔径的分辨率。因此，微波关联成像可以与传统的雷达成像方法形成互补，其具有的高分辨、抗截获、抗干扰等优势使其在静止或准静止平台凝视成像、高分辨对地观测等领域具有广泛的应用前景。

微波关联成像的一种比较容易实现的方式是通过雷达阵列发射随机调制信号来形成二维随机辐射场，然后通过目标散射回波与二维随机辐射场的关联处理完成对目标信息的提取与解耦，实现波束内超分辨。其中，辐射场的时空二维随机特性直接决定了微波关联成像的性能。理想情况下，成像平面上不同位置处的辐射场是不相关的，不同时刻成像平面的辐射场之间也是不相关的。但是，受限于发射波形、信号带宽、发射阵元数、阵元间距、成像网格大小等因素，实际成像时辐射场的随机性并不理想。因此，研究在有限的雷达阵列规模、信号带宽和成像网格大小的情况下提高辐射场的时空二维随机特性对于提高微波关联成像的性能具有重要的意义。

由于微波关联成像构造的辐射场与发射波形紧密相关，因此可以通过对发射波形的优化设计提高辐射场的随机特性。目前，传统的雷达波形设计方法(Guruswamy A,BlumR.Ambiguity optimization for frequency-hopping waveforms in MIMO radars witharbitrary antenna separations[J].IEEE Signal Processing Letters,2016,23(9):1231-1235)很少考虑辐射场的优化，而是通过对雷达模糊函数和协方差矩阵的优化设计获得最优波形，没有考虑雷达阵列几何、成像网格划分等其他因素的影响。

发明内容

本发明针对实际微波关联成像中辐射场的时空二维随机特性并不理想的问题，提出了一种基于随机跳频波形的微波关联成像波形设计方法。本方法原理简单，通过对随机跳频波形的优化设计提高辐射场的随机性，从而降低成像误差，提高微波关联成像的稳健性。

本发明的基本思路是，利用参考信号矩阵的条件数衡量辐射场的非相关性，在雷达系统参数、成像几何和成像网格划分不变的情况下，通过对随机跳频波形对应的跳频码的灵活配置，减小条件数，从而提高辐射场的非相关性。

本发明的技术方案是：一种随机跳频微波关联成像波形设计方法。具体包括以下步骤：

第一步：划分网格