1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代雷达技术的发展，步进频率雷达（stepped frequency radar, sfr）成为高分辨雷达体系中颇为重要的一种。它能够在不增加系统复杂程度的同时分辨远距离目标，在无损测试和地面搜索应用中表现出色。sfr所采用的步进频率信号可以在获得距离高分辨率的同时降低对数字信号处理机瞬时带宽的要求，它由一串载频线性跳变的雷达脉冲组成，通过对脉冲回波的ifft处理获得距离高分辨率的效果。sfr可以在频域中合成频率步进脉冲回波，以获得更宽的信号带宽，使用跳频实现高分辨率和高信噪比。凭借高分辨率和低成本的优势，sfr现已广泛应用于商业与航空航天/国防（a/d）领域，其应用场合包括探测地雷、弹道导弹检测、合成孔径和逆合成孔径雷达、单脉冲三维成像、汽车防撞等等。

本设计所研究的虚拟阵列，是指多发多收（multiple input multiple output, mimo）阵列的等效阵列。mimo阵列可以应用不同的阵列和波束形式，在提高分辨率、抑制杂波等方面有很大的潜力。能够以较少的物理阵元产生较多的虚拟阵元，并且提高分辨率，是mimo阵列的一个重要优势。amin在文献中研究和对比了单发多收（single input multiple output, simo）阵列和mimo阵列下墙后活动人体目标的变换检测（change detection, cd）。相对于每个天线顺次完成发射接收的顺序收发阵列模式和simo阵列而言，同样阵元数量的mimo阵列可以产生更多的虚拟阵元，获得更低的栅瓣水平，提供更精确的目标定位。反之，mimo阵列可利用更少数量的天线阵元实现相同的性能，有利于系统集成，降低成本。

雷达成像，是为了提高分辨率以获取更多详细有效的信息，在侦察监视、反恐维稳、震后救灾、火情救援等方面都有重要应用。而在成像算法中，后向投影（back projection，bp）成像算法可以应用于多种架构的雷达天线而不受阵列形式的限制，这使得其在雷达应用中举足轻重。bp算法是一种精确的时域成像算法，适用于任何成像几何，特别适合mimo阵列成像。标准bp算法处理流程简单，且在成像过程中不存在任何假设条件，是一种鲁棒性很强的时域成像算法。bp算法也出现了一些改进算法，如基于穿墙雷达目标回波信号与发射信号之间强相关性的互相关后向投影算法，以及快速后向投影算法等。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容分为3块：典型雷达参数下SFR的回波生成，该部分内容考虑步进频率信号下的回波生成；BP成像技术，该部分内容实现基本的BP成像算法；步进频率雷达虚拟阵列下的雷达成像，该部分内容结合MIMO虚拟阵列原理实现SFR的BP成像。

预期目标是了解SFR基本工作原理，理解并掌握虚拟阵列以及其典型工作模式，学习BP成像算法并用MATLAB语言实现该算法，最后结合回波生成和成像算法实现步进频率雷达虚拟阵列下的雷达成像。

拟采用的技术方案及措施：（1）典型雷达参数下SFR的回波生成。学习步进频率信号的原理，根据具体要求设计发射脉宽、采样间隔和频率步进阶梯；掌握雷达回波生成的原理；在MATLAB上实现典型雷达参数下SFR的回波生成仿真。SFR采用的是步进频率信号，它就是将带宽为B的信号离散为一系列点频，并通过N个脉冲分别发送的一种距离高分辨率信号。本部分拟在学习步进频率信号的基础上，利用MATLAB实现雷达回波生成。（2）BP成像技术，BP算法的原理参考了“时延-叠加”的思想，在雷达应用中，对雷达接收天线接收到的回波信号进行距离向匹配率，获取回波数据中包含的相幅信息，再通过IFFT进行逆傅里叶变换，获取收发天线组合的时延，最后累积信号相干相加得到目标函数。BP成像算法通过计算成像区域内每一点到天线各个孔径点之间的双程时延，而后沿回波数据相应时延曲线进行相干叠加，求叠加结果的幅度得到所需目标点的后向散射强度，从而实现整个成像区域的聚焦成像。本部分拟按照这个思路在MATLAB平台上实现该算法，并完成理想点目标的成像仿真。（3）步进频率雷达虚拟阵列下的雷达成像。学习并掌握MIMO阵列；结合前面两个内容，实现SFR虚拟阵列下的雷达成像算法编写，争取利用仿真及实测数据进行验证。

整体研究思路如下图所示。

步进频率雷达虚拟阵列成像框图

3. 研究计划与安排

第1-2周：收集、整理并学习选题相关的文献资料，撰写开题报告；

第3-4周：学习相关文献，掌握步进频率雷达的基本工作原理；

第5-6周：理解并掌握典型的虚拟阵列工作模式，实现雷达回波生成；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]涂新. 超宽带稀疏阵列穿墙成像雷达栅瓣抑制方法研究[d].国防科学技术大学,2014.

[2]陈一畅,张群,顾福飞,蒋华. 稀疏步进频合成孔径雷达成像算法[j]. 空军工程大学学报(自然科学版),2014,(02):33-36 48.

[3]李川. 宽带频率步进雷达穿墙探测与成像技术研究[d].合肥工业大学,2014.