基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法_胡梦伊.pdf

第4 3卷 第2期桂 林 电 子 科 技 大 学 学 报V o l.4 3,N o.2 2 0 2 3年4月J o u r n a l o f G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g yA p r.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 1-0 3-2 2基金项目:国家自然科学基金(6 1 6 3 1 0 1 9,6 1 8 7 1 4 2 5);广西创新驱动发展专项(桂科A A 2 1 0 7 7 0 0 8);桂林电子科技大学研究生教育创新计划(2 0 2 0 Y C X S 0 3 5)通信作者:廖可非(1 9 8 4-),男,副教授,博士,研究方向为雷达三维成像、散射截面积测量、认知雷达。E-m a i l:k e f e i l i a o g u e t.e d u.c n引文格式:胡梦伊,廖可非,欧阳缮,等.基于多输入多输出阵列的3 D-F D A-S A R成像方法J.桂林电子科技大学学报,2 0 2 3,4 3(2):9 3-9 8.基于多输入多输出阵列的3 D-F D A-S A R成像方法胡梦伊1,廖可非1,2,欧阳缮1,2,李晶晶1(1.桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林 5 4 1 0 0 4;2.桂林电子科技大学 卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心,广西 桂林 5 4 1 0 0 4)摘 要:针对频率分集阵列三维合成孔径雷达(3 D-F D A-S A R)成像方法阵元数目多、阵元利用率低的问题,提出一种基于多输入多输出阵列的3 D-F D A-S A R成像方法。将3 D-F D A-S A R切航迹向的频率分集阵列改为多输入多输出频率分集阵列,多输入多输出频率分集阵列随运动平台运动,在沿航迹向形成综合孔径,结合切航迹向的实阵列,合成虚拟二维频率分集阵列平面,获得对目标的下视三维成像能力。首先建立多输入多输出3 D-F D A-S A R成像模型与信号模型,利用多输入多输出技术,在发射端发送波形正交信号单频窄带信号,在接收端通过全频接收方式,接收所有发射阵元经目标反射后的回波信号,经正交匹配滤波器进行信号分离,获得不同收发通道的回波数据,再利用后向投影算法对回波数据进行成像处理,最终获得目标的三维成像结果。仿真结果表明,基于多输入多输出阵列的3 D-F D A-S A R成像方法使用少量阵元,提高了阵元利用率,获得了对下视目标的三维成像能力。关键词:多输入多输出;频率分集阵列;合成孔径雷达;三维成像;后向投影中图分类号:T N 9 5 7.5 2 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 3-8 0 8 X(2 0 2 3)0 2-0 0 9 3-0 63 D-F D A-S A R i m a g i n g m e t h o d b a s e d o n m u l t i p l e-i n p u t m u l t i p l e-o u t p u t a r r a yHU M e n g y i1,L I A O K e f e i1,2,O U Y A N G S h a n1,2,L I J i n g j i n g1(1.S c h o o l o f I n f o r m a t i o n a n d C o m m u n i c a t i o n,G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a;2.N a t i o n a l a n d L o c a l J o i n t E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f S a t e l l i t e N a v i g a t i o n P o s i t i o n i n g a n d L o c a t i o n S e r v i c e,G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e p r o b l e m o f t h e l a r g e n u m b e r o f a r r a y e l e m e n t s a n d l o w u t i l i z a t i o n r a t e o f t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l s y n-t h e t i c a p e r t u r e r a d a r(3 D-F D A-S A R)i m a g i n g m e t h o d o f f r e q u e n c y d i v e r s i t y a r r a y s,a 3 D-F D A-S A R i m a g i n g m e t h o d b a s e d o n m u l t i p l e i n p u t a n d m u l t i p l e o u t p u t a r r a y s i s p r o p o s e d.T h e f r e q u e n c y d i v e r s i t y a r r a y o f 3 D-F D A-S A R t a n g e n t t r a c k d i-r e c t i o n i s c h a n g e d t o m u l t i p l e-i n p u t m u l t i p l e-o u t p u t f r e q u e n c y d i v e r s i t y a r r a y.T h e m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t f r e q u e n c y d i v e r s i t y a r r a y m o v e s w i t h t h e m o v i n g p l a t f o r m t o f o r m a s y n t h e t i c a p e r t u r e a l o n g t h e t r a c k d i r e c t i o n,c o m b i n e d w i t h t h e t a n g e n t t r a c k d i r e c t i o n T h e r e a l a r r a y i s c o m b i n e d w i t h a v i r t u a l t w o-d i m e n s i o n a l f r e q u e n c y d i v e r s i t y a r r a y p l a n e t o o b t a i n t h e d o w n w a r d-l o o k i n g t h r e e-d i m e n s i o n a l i m a g i n g c a p a b i l i t y o f t h e t a r g e t.F i r s t l y,a m u l t i-i n p u t m u l t i-o u t p u t 3 D-F D A-S A R i m-a g i n g m o d e l a n d s i g n a l m o d e l a r e e s t a b l i s h e d,u s i n g m u l t i-i n p u t m u l t i-o u t p u t t e c h n o l o g y,t h e w a v e f o r m q u a d r a t u r e s i g n a l s i n g l e-f r e q u e n c y n a r r o w b a n d s i g n a l i s s e n t a t t h e t r a n s m i t t i n g e n d,a n d a l l t h e t r a n s m i t t i n g a r r a y s a r e r e c e i v e d t h r o u g h t h e f u l l-f r e q u e n c y r e c e i v i n g m o d e a t t h e r e c e i v i n g e n d.T h e e c h o s i g n a l r e f l e c t e d b y t h e t a r g e t i s s e p a r a t e d b y a q u a d r a t u r e m a t c h e d f i l t e r t o o b t a i n t h e e c h o d a t a o f d i f f e r e n t r e c e i v i n g a n d s e n d i n g c h a n n e l s,a n d t h e n t h e e c h o d a t a i s i m a g e d b y t h e b a c k w a r d p r o j e c t i o n a l g o r i t h m,a n d f i n a l l y t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l i m a g i n g r e s u l t o f t h e t a r g e t i s o b t a i n e d.E x p e r i m e n t a l s i m-u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e 3 D-F D A-S A R i m a g i n g m e t h o d b a s e d o n m u l t i p l e-i n p u t m u l t i p l e-o u t p u t a r r a y s u s e s a s m a l l n u m b e r o f a r r a y e l e m e n t s,i m p r o v e s t h e u t i l i z a t i o n o f t h e a r r a y e l e m e n t s,a n d o b t a i n s t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l i m a g i n g c a p a-b i l i t y o f d o w n w a r d-l o o k i n g t a r g e t s.DOI:10.16725/45-1351/tn.2023.02.006桂林电子科技大学学报2 0 2 3年4月K e y w o r d s:m u l t i p l e-i n p u t m u l t i p l e-o u t p u t;f r e q u e n c y d i v e r s e a r r a y;s y n t h e t i c a p e r t u r e r a d a r;t h r e e-d i m e n s i o n a l i m a g