梁丁丁，陳 陽(yáng)

（華東師范大學(xué)通信與電子工程學(xué)院上海市多維度信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241）

1 引言

雷達(dá)波形的產(chǎn)生是現(xiàn)代雷達(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)的基本組成部分，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)高精度、多維度探測(cè)的核心使能技術(shù)［1，2］. 不同種類(lèi)的雷達(dá)信號(hào)波形可用來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)不同維度的探測(cè)，例如目標(biāo)的距離、速度和形狀［3～5］. 目標(biāo)的距離測(cè)量方法主要包括基于脈沖體制的回波延時(shí)測(cè)距和基于連續(xù)波體制的頻率差測(cè)距［6］，目標(biāo)的速度測(cè)量和形狀獲取則主要依據(jù)多普勒頻移和微波成像算法實(shí)現(xiàn). 為了實(shí)現(xiàn)高精度目標(biāo)探測(cè)，需要雷達(dá)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生高頻率、大帶寬的雷達(dá)信號(hào)波形［7］. 然而，受到“電子瓶頸”的限制，傳統(tǒng)電子技術(shù)在高頻、大帶寬雷達(dá)信號(hào)生成方面面臨巨大挑戰(zhàn)，越來(lái)越難以滿(mǎn)足高精度、多維度目標(biāo)探測(cè)的需求［7，8］.

近年來(lái)，微波光子技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中，其目的是突破傳統(tǒng)雷達(dá)面臨的頻率和帶寬瓶頸，是一項(xiàng)具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)［9～11］. 許多基于微波光子技術(shù)的高頻、寬帶雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法已經(jīng)被提出［12～18］，尤其是線性調(diào)頻（Linearly Frequency-Modulated，LFM）信號(hào)［14～17］的產(chǎn)生方法. 文獻(xiàn)［16］使用微波光子四倍頻技術(shù)產(chǎn)生了瞬時(shí)帶寬高達(dá)8 GHz 的LFM 信號(hào)，并用于實(shí)現(xiàn)高分辨率實(shí)時(shí)逆合成孔徑雷達(dá)（Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR）成像，距離分辨率高達(dá)2 cm. 為了進(jìn)一步提高距離分辨率，文獻(xiàn)［17］基于微波光子六倍頻技術(shù)產(chǎn)生了瞬時(shí)帶寬高達(dá)10.02 GHz的雷達(dá)信號(hào)，ISAR成像距離分辨率高達(dá)1.68 cm. 基于微波光子信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)，一些高精度的目標(biāo)測(cè)量方法也被提出［18～21］. 通常，單啁啾LFM 信號(hào)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離測(cè)量和高分辨率ISAR 成像［16，17］，而雙啁啾LFM 信號(hào)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和速度的同時(shí)測(cè)量［18～20］. 文獻(xiàn)［18］提出了一種高分辨率的距離和速度測(cè)量方法，使用微波光子倍頻技術(shù)生成“V”型的雙啁啾LFM信號(hào)，其距離和速度的測(cè)量分辨率均能夠提高一倍. 文獻(xiàn)［19］提出使用多波段雙啁啾LFM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和速度測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)距離和速度的相對(duì)測(cè)量誤差分別小于0.005%和0.59%. 文獻(xiàn)［20］提出使用雙波段對(duì)稱(chēng)三角LFM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的距離和速度測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)距離和速度絕對(duì)誤差分別小于9 mm 和0.16 m/s.上述方法［16～20］均可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的高精度測(cè)量. 然而，文獻(xiàn)［16，17］可以實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量和高分辨率微波成像，但無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)速度，文獻(xiàn)［18～20］可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和速度測(cè)量，但當(dāng)目標(biāo)徑向速度較大時(shí)，2 個(gè)雙啁啾LFM 信號(hào)去斜后的信號(hào)將會(huì)互相干擾，導(dǎo)致難以進(jìn)行高質(zhì)量的ISAR 成像. 針對(duì)上述問(wèn)題，文獻(xiàn)［21］提出使用一種復(fù)合雷達(dá)波形同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和速度測(cè)量以及高分辨率ISAR 成像. 在實(shí)驗(yàn)中，該復(fù)合雷達(dá)信號(hào)由正啁啾LFM 信號(hào)和單音微波信號(hào)組成，其信號(hào)產(chǎn)生方法是基于微波光子上變頻技術(shù). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)的距離和徑向速度絕對(duì)誤差分別小于5.9 cm 和2.8 cm/s. 該方法與上述3 種距離和速度測(cè)量方法［18～20］的不同之處在于使用單啁啾LFM 信號(hào)和單音微波信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)距離、徑向速度的測(cè)量和ISAR 成像，且在實(shí)驗(yàn)中探測(cè)目標(biāo)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而非靜止?fàn)顟B(tài)，目標(biāo)回波是真實(shí)回波而非由任意波形發(fā)生器模擬的回波.

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高精度、多維度目標(biāo)探測(cè)并降低系統(tǒng)對(duì)電域信號(hào)源的要求，本文提出一種微波光子四倍頻復(fù)合雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法，該復(fù)合雷達(dá)信號(hào)由單啁啾LFM 信號(hào)和單音微波信號(hào)組成，其中單音微波信號(hào)和單啁啾LFM 信號(hào)被聯(lián)合用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)徑向速度測(cè)量，單啁啾LFM 信號(hào)被用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離測(cè)量和高分辨率微波成像. 在發(fā)射端，使用微波光子四倍頻技術(shù)生成了瞬時(shí)帶寬為2 GHz 的正啁啾線性調(diào)頻信號(hào)和頻率為13.2 GHz的單音微波信號(hào). 在接收端，目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)去斜后用來(lái)實(shí)現(xiàn)距離和徑向速度測(cè)量以及高分辨率ISAR 成像. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)的距離和徑向速度絕對(duì)誤差分別不超過(guò)4.2 cm 和1.7 cm/s，多個(gè)探測(cè)目標(biāo)成像結(jié)果清晰可辨.

2 基本原理

圖1 為復(fù)合雷達(dá)信號(hào)生成及目標(biāo)多維度探測(cè)系統(tǒng)原理圖. 激光器（Laser Diode，LD）產(chǎn)生的單頻光載波通過(guò)一個(gè)偏振控制器（Polarization Controller，PC）注入雙偏振馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（Dual-polarization Mach-Zehnder Modulator，Dpol-MZM），該光載波可表示為

圖1 復(fù)合雷達(dá)信號(hào)生成及目標(biāo)多維度探測(cè)系統(tǒng)原理圖

其中，E0是光載波的電場(chǎng)幅度；f0是光載波的中心頻率.Dpol-MZM 由2 個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（Mach-Zehnder Modulator，MZM）組成. 中頻LFM 信號(hào)由任意波形發(fā)生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG）生成，經(jīng)電放大器（Electrical Amplifier，EA1）放大和帶通濾波器（Bandpass Filter，BPF1）濾波后用于驅(qū)動(dòng)MZM1 上的射頻端口. 頻率為fL的單音信號(hào)由微波信號(hào)源（Microwave Signal Generator，MSG）產(chǎn)生并用于驅(qū)動(dòng)MZM2 上的射頻端口. 因此，2個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器上的調(diào)制信號(hào)可以分別表示為

其中，V1和V2分別是單音信號(hào)和中頻LFM 信號(hào)的幅度；fC和fB分別是中頻LFM 信號(hào)的中心頻率和帶寬；T為中頻LFM 信號(hào)的脈沖周期；k=fB/0.8T為中頻LFM 信號(hào)的啁啾率.

調(diào)節(jié)2 個(gè)子調(diào)制器的偏置電壓使其均工作在最大傳輸點(diǎn)，此時(shí)MZM1和MZM2輸出的光信號(hào)主要由光載波和±2 階光邊帶組成，如圖1（a）所示. 為了抑制光載波對(duì)復(fù)合雷達(dá)信號(hào)生成的影響，使用一個(gè)光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG）對(duì)Dpol-MZM 輸出的光信號(hào)進(jìn)行處理.FBG 的透射譜可以當(dāng)作一個(gè)光陷波濾波器（Optical Notch Filter，ONF），用于濾除光載波，僅保留±2階光邊帶，如圖1（b）所示.FBG的反射譜將光載波進(jìn)行反射，被反射的光載波經(jīng)環(huán)形器（Circulator，CIR）的端口3 輸出并當(dāng)作反饋信號(hào)，如圖1（c）所示. 該反饋回路由一個(gè)光電探測(cè)器（Photodetector，PD2）和一個(gè)微控制器（Micro-Control Unit，MCU）組成，用于根據(jù)反射光載波的強(qiáng)度調(diào)節(jié)激光器中心波長(zhǎng)使其與FBG 凹陷位置對(duì)齊. 此時(shí)，F(xiàn)BG 輸出的偏振復(fù)用的透射光信號(hào)可以表示為

其中，m1和m2分別是MZM1和MZM2的調(diào)制指數(shù)；Jn（·）為n階第一類(lèi)貝塞爾函數(shù). 該透射光信號(hào)經(jīng)PD1 探測(cè)后，產(chǎn)生四倍頻復(fù)合雷達(dá)信號(hào)，如圖1（d）所示. 該復(fù)合雷達(dá)信號(hào)可以表達(dá)為

其中，η為PD1 的響應(yīng)度. 從式（5）中可知，輸出線性調(diào)頻信號(hào)的頻率和帶寬以及單音微波信號(hào)的頻率均為輸入信號(hào)的4 倍. 生成的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)電放大器（EA2）進(jìn)行放大，并使用帶通濾波器（BPF2）消除光電探測(cè)器輸出信號(hào)中的直流分量和非線性成分后，可以表達(dá)為

其中，V3和V4分別是單啁啾LFM信號(hào)和單音微波信號(hào)的幅度. 使用該復(fù)合雷達(dá)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)多維度探測(cè).首先，將產(chǎn)生的寬帶LFM信號(hào)和單音微波信號(hào)經(jīng)功分器（Power Splitter，PS）分成2路，一路與混頻器（Mixer）本振端口相連作為雷達(dá)參考信號(hào)，另一路經(jīng)天線（Antenna）發(fā)射用于探測(cè)目標(biāo). 此時(shí)，雷達(dá)參考信號(hào)可以表達(dá)為

其中，E1和E2分別是單啁啾LFM 信號(hào)和單音微波信號(hào)的幅度. 移動(dòng)目標(biāo)反射的雷達(dá)回波信號(hào)經(jīng)Δτ延時(shí)后由接收天線接收，該延時(shí)可以表達(dá)為

其中，c是真空中的光速；R0是目標(biāo)距離天線的起始距離；v是目標(biāo)的徑向速度；t是時(shí)間. 接收到的雷達(dá)回波信號(hào)通過(guò)一個(gè)電放大器（EA3）進(jìn)行放大. 放大后的回波信號(hào)可以表達(dá)為

其中，E3和E4分別是LFM信號(hào)和單音微波信號(hào)的幅度.

在雷達(dá)接收端，采用電域混頻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)的去斜，圖2給出了雷達(dá)信號(hào)去斜處理的基本原理. 經(jīng)混頻器混頻、低通濾波器（Low Pass Filter，LPF）濾波后的電信號(hào)可以表達(dá)為

圖2 雷達(dá)信號(hào)去斜處理的基本原理

該去斜后的電信號(hào)由2個(gè)頻率分量組成，即

由 于v?c和(2v/c)(4fC-2fB) ?4kΔτ，因此，式（12）可以簡(jiǎn)化為

依據(jù)式（11）和（13），目標(biāo)的距離和徑向速度的大小可以表達(dá)為

為了確定目標(biāo)徑向速度的方向，需要使用相鄰采樣的2 個(gè)回波信號(hào). 在實(shí)際的應(yīng)用中，目標(biāo)距離變化引起的去斜頻率fd-LFM變化遠(yuǎn)大于目標(biāo)速度變化引起的多普勒頻率fd-CW變化. 因此，假設(shè)相鄰2 次采樣目標(biāo)的徑向速度不變，若測(cè)量的目標(biāo)距離在增加，可確定目標(biāo)在遠(yuǎn)離雷達(dá)，此時(shí)，定義目標(biāo)的徑向速度方向?yàn)檎粗?，徑向速度方向?yàn)樨?fù). 通過(guò)式（14）、式（15）和上述方法，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和徑向速度信息均能夠獲取.

由于目標(biāo)速度引起的多普勒頻率遠(yuǎn)小于寬帶LFM信號(hào)去斜后的頻率，因此，使用一個(gè)數(shù)字高通濾波器可消除多普勒頻率對(duì)ISAR 成像的影響. 理論上，ISAR 成像的距離分辨率和方位分辨率可以分別表達(dá)為其中，B是發(fā)射LFM信號(hào)的帶寬；λ和θ分別是發(fā)射LFM信號(hào)的中心波長(zhǎng)和目標(biāo)在一幀圖像內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度. 依據(jù)式（16）和式（17）可知，高分辨率ISAR 成像可以通過(guò)采用大帶寬的LFM信號(hào)和積累更大的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn).

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證該方案的可行性，根據(jù)圖1所示原理圖搭建了實(shí)驗(yàn)鏈路. 在實(shí)驗(yàn)中，激光器LD（HLT-ITLA-M-C-20-1-1-FA）輸出光載波的中心波長(zhǎng)為1550.136 nm，功率為13 dBm. 中頻LFM 信號(hào)由任意波形發(fā)生器AWG（Keysight M8190A）產(chǎn)生，其中心頻率、帶寬和脈沖周期分別為3 GHz、0.5 GHz和100 μs. 該中頻LFM 信號(hào)經(jīng)電放大器EA1（Aeroflex AMPF-107MDA-09）放大和帶通濾波器BPF1（KGL YA351-2，2.4～4.1 GHz）濾波后注入雙偏振馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器Dpol-MZM（Fujitsu FTM7981EDA）中. 單音信號(hào)由微波信號(hào)源MSG（Agilent 83630B）產(chǎn)生，其頻率為3.3 GHz.Dpol-MZM 輸出的光信號(hào)經(jīng)環(huán)形器（Circulator，CIR）注入FBG 中，F(xiàn)BG 的中心波長(zhǎng)和3 dB帶寬分別為1550.136 nm和10 GHz.FBG輸出的反射光信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器PD2（LSIPD-A75）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸入MCU，MCU 根據(jù)反射光載波功率的大小控制激光器的中心波長(zhǎng)，使激光器的中心波長(zhǎng)與FBG 凹陷位置對(duì)齊. FBG 輸出的透射光信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器PD1（HLT-PD-M-15550-40-0-1-FA）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，使用電放大器EA2（CLM 145-5023-293，5.85～14.5 GHz）放大和帶通濾波器BPF2（KGL YA356-2，10.4～14.1 GHz）濾波后，得到復(fù)合雷達(dá)信號(hào)，該信號(hào)可作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)用于高精度、多維度目標(biāo)探測(cè).

系統(tǒng)產(chǎn)生的復(fù)合雷達(dá)信號(hào)經(jīng)功分器PS（Narda MODEL 4456，2～18 GHz）分成兩路，一路與混頻器（M/ACOM M14A）本振端口相連作為參考信號(hào)，另一路經(jīng)發(fā)射天線（GHA080180-SMF-14，8～18 GHz）發(fā)射用于探測(cè)目標(biāo). 目標(biāo)反射回波經(jīng)接收天線（GHA080180-SMF-14，8～18 GHz）接收、電放大器EA3（CLM 145-7039-293B，5.85～14.50 GHz）放大后與混頻器射頻端口相連. 混頻器輸出的信號(hào)經(jīng)低通濾波器LPF（Mini-Circuits SLP-1650，DC-1.4 GHz）濾波后，輸出去斜后的電信號(hào). 該電信號(hào)由實(shí)時(shí)示波器OSC（R&S RTO2032）采樣，用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和徑向速度的測(cè)量以及高分辨率ISAR成像.

3.1 復(fù)合雷達(dá)信號(hào)生成

首先，使用光譜分析儀OSA（Ando AQ6137B）測(cè)量了FBG 輸入端和透射輸出端的光譜以及FBG 透射譜傳輸曲線，如圖3 所示. 紅色虛線表示FBG 透射譜傳輸曲線；黑色實(shí)線表示FBG 輸入端的光譜，即Dpol-MZM 輸出光信號(hào)的光譜；藍(lán)色實(shí)線表示FBG 輸出端的光譜，即FBG 光陷波濾波后光信號(hào)的光譜. 從圖3 中可知，經(jīng)FBG進(jìn)行陷波濾波后，光載波抑制比達(dá)到23.0 dB. 需要注意的是，圖3 顯示的光譜中2 個(gè)偏振態(tài)的光信號(hào)已經(jīng)疊加在一起，±2 階的單音光邊帶和±2 階的LFM 光邊帶并不能區(qū)分，這主要受限于光譜儀的分辨率.

圖3 FBG輸入端和輸出端的光譜及FBG透射譜傳輸曲線

然后，使用頻譜分析儀ESA（R&S，F(xiàn)SP-40）分別測(cè)量了AWG 輸出的中頻LFM 信號(hào)和產(chǎn)生的復(fù)合雷達(dá)信號(hào)的頻譜，如圖4所示. 由圖4可知，寬帶雷達(dá)LFM信號(hào)的中心頻率和帶寬分別是AWG輸出的中頻LFM信號(hào)的4倍，即中心頻率為12 GHz、帶寬為2 GHz. 在圖4（b）中，頻率為13.2 GHz 的單音微波信號(hào)是由微波信號(hào)源產(chǎn)生的頻率為3.3 GHz的信號(hào)經(jīng)微波光子四倍頻生成的. 需要指出的是，在頻率為12 GHz處存在一個(gè)干擾信號(hào)，這是由AWG 12 GHz 的采樣時(shí)鐘及非線性引起的. 由于干擾信號(hào)的功率遠(yuǎn)小于頻率為13.2 GHz 的單音微波信號(hào)和寬帶LFM 信號(hào)的功率，因此，該干擾信號(hào)的影響在實(shí)驗(yàn)中可以被忽略.

圖4 AWG輸出的中頻LFM信號(hào)和產(chǎn)生的復(fù)合雷達(dá)信號(hào)的頻譜

3.2 距離和徑向速度測(cè)量

在實(shí)驗(yàn)中，利用系統(tǒng)產(chǎn)生的寬帶LFM 信號(hào)進(jìn)行了物體測(cè)距. 沿著雷達(dá)視線方向，2 個(gè)靜止的長(zhǎng)方體相距8 cm，被測(cè)物體的實(shí)物圖如圖5（a）所示.2 個(gè)靜止目標(biāo)的反射回波經(jīng)混頻后由示波器進(jìn)行采樣，示波器采樣率為4 MSa/s. 圖5（b）是一個(gè)周期采樣信號(hào)的頻譜. 由圖5（b）能夠明顯地觀測(cè)到2 個(gè)峰值，其頻率分別為163.4 kHz和178.5 kHz. 依據(jù)式（14），可計(jì)算出2個(gè)峰值相距9.1 cm，對(duì)應(yīng)的測(cè)量絕對(duì)誤差為1.1 cm.

圖5 實(shí)驗(yàn)情況

為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的測(cè)距和測(cè)速能力，使用單個(gè)沿圓周運(yùn)動(dòng)的圓柱體作為待測(cè)目標(biāo). 該目標(biāo)位于轉(zhuǎn)臺(tái)上，目標(biāo)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離R為30 cm，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)周期為24.56 s，轉(zhuǎn)臺(tái)中心與天線距離L為137.5 cm，如圖6（a）所示. 在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，目標(biāo)回波的采樣受電腦控制，每隔17/16 旋轉(zhuǎn)周期采樣一次，共采樣17 次，每次采樣時(shí)間為2 s. 圖6（b）是第13 次采樣信號(hào)的時(shí)域波形，經(jīng)快速傅里葉變換后，頻譜如圖6（c）所示. 從圖6（c）可知，在頻率為100 kHz 附近，存在一個(gè)較強(qiáng)的干擾信號(hào)，該干擾信號(hào)主要是發(fā)射端發(fā)射信號(hào)被泄露到接收天線引起的. 由于干擾信號(hào)出現(xiàn)的位置與目標(biāo)回波去斜后的信號(hào)在頻域上是分開(kāi)的，因此可用一個(gè)數(shù)字帶阻濾波器來(lái)消除該干擾信號(hào)對(duì)目標(biāo)距離和徑向速度測(cè)量的影響. 圖6（d）是消除天線自干擾后信號(hào)的頻譜，其低頻分量是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻率，較高頻率分量是寬帶LFM 信號(hào)去斜后的頻率，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖2 分析結(jié)果一致. 因此，依據(jù)式（14）和式（15），可從低頻分量處提取目標(biāo)的徑向速度大小，從較高頻率分量處提取目標(biāo)的距離信息. 目標(biāo)的徑向速度方向可通過(guò)相鄰2 次采樣回波信號(hào)提取的距離信息進(jìn)行確定. 圖7 是待測(cè)目標(biāo)在轉(zhuǎn)臺(tái)圓周內(nèi)不同位置處（通過(guò)17 個(gè)周期17 次測(cè)量得到）測(cè)量得到的距離和速度曲線. 其中，藍(lán)色五星和黑色方塊分別表示各采樣點(diǎn)的測(cè)量值和理論值，紅色圓圈表示測(cè)量誤差. 由圖7 可知，目標(biāo)距離和徑向速度的測(cè)量值與理論值高度一致，其絕對(duì)誤差分別小于4.2 cm和1.7 cm/s.

圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7 測(cè)量結(jié)果

3.3 高分辨率ISAR成像

在ISAR 成像實(shí)驗(yàn)中，中心頻率為12 GHz、帶寬為2 GHz 的單啁啾LFM 信號(hào)和頻率為13.2 GHz 的單音微波信號(hào)仍作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào). 為了實(shí)現(xiàn)高分辨率ISAR成像，使用一個(gè)數(shù)字高通濾波器消除單音微波信號(hào)和天線自干擾信號(hào)對(duì)ISAR 成像的影響. 實(shí)驗(yàn)中，將3 個(gè)圓柱體和3 個(gè)長(zhǎng)方體置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，具體實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖8（a）所示. 沿著雷達(dá)視線方向，轉(zhuǎn)臺(tái)中心與天線相距為1.52 m，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)周期為24.56 s. 依據(jù)式（16）和式（17），帶寬為2 GHz的LFM信號(hào)對(duì)應(yīng)的ISAR成像距離分辨率為7.5 cm，積累時(shí)間為2 s的方位分辨率為2.4 cm.ISAR成像結(jié)果如圖8（b）所示，6 個(gè)目標(biāo)清晰可辨. 圖8（b）中成像結(jié)果在方位向和距離向的顯示分辨率分別為2.4 cm和6 cm. 由于發(fā)射信號(hào)是占空比80%的LFM信號(hào)，而該圖是通過(guò)對(duì)整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的信號(hào)使用成像算法得到的，因此圖中顯示分辨率為6 cm.

圖8 ISAR成像

為了進(jìn)一步展示系統(tǒng)ISAR 成像的性能，3 個(gè)長(zhǎng)方體作為探測(cè)目標(biāo)被置于轉(zhuǎn)臺(tái)的不同位置，如圖9（a）所示. 與第一次ISAR 成像實(shí)驗(yàn)參數(shù)不同之處在于，轉(zhuǎn)臺(tái)中心與天線相距為1.75 m. 在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，目標(biāo)每隔5/4周期采樣一次，共采樣5 次，每次采樣時(shí)間為2 s. 圖9（b）是第一次采樣后ISAR 成像結(jié)果，3 個(gè)探測(cè)目標(biāo)清晰可辨. 圖9（c）和（d）分別是第三次和第四次的成像結(jié)果，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的高分辨率成像.

圖9 多目標(biāo)連續(xù)多幀ISAR成像

4 結(jié)論

本文提出了一種微波光子四倍頻復(fù)合雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法，該復(fù)合雷達(dá)信號(hào)包括單啁啾LFM 信號(hào)和單音微波信號(hào). 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，利用低頻、窄帶寬的LFM 信號(hào)和微波信號(hào)生成了頻率為11～13 GHz 的寬帶單啁啾LFM信號(hào)和頻率為13.2 GHz 的單音微波信號(hào). 利用該復(fù)合信號(hào)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度的目標(biāo)距離和徑向速度測(cè)量以及高分辨率ISAR成像. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)的距離和徑向速度絕對(duì)誤差分別不超過(guò)4.2 cm 和1.7 cm/s，多個(gè)探測(cè)目標(biāo)成像結(jié)果清晰可辨. 本文所提出的方法可以為測(cè)距、測(cè)速和成像一體化的多功能雷達(dá)提供新的技術(shù)途徑和解決方案.