1、http:/DOI:10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0437基于反正弦圆环天线阵列的二维成像袁航1，罗迎1，2，*，陈怡君3，苏令华1(1.空军工程大学信息与导航学院，西安710077；2.复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室，上海200433；3.武警工程大学信息工程学院，西安710086)摘要：雷 达 成 像 技 术 可 获 得 目 标 的 丰 富 特 征 信 息，从 而 为 目 标 识 别 提 供 重 要 依 据。涡 旋电 磁 波 雷 达 成 像 技 术 可 获 得 相 对 静 止 目 标 的 高 分 辨 率 二 维 像，是 成 像 领 域 的 研 究 热 点
2、 之 一。为 获 得更 高 的 成 像 质 量，利 用 反 正 弦 圆 环 天 线 阵 列 获 得 雷 达 波 束 内 的 方 位 角 分 辨 能 力，提 出 了 一 种 基 于 反正 弦 圆 环 天 线 阵 列 的 二 维 成 像 算 法。利 用 半 个 圆 环 天 线 阵 列，获 得 与 涡 旋 电 磁 波 雷 达 成 像 技 术 相 近的 方 位 角 分 辨 率，并 降 低 了 旁 瓣 高 度。对 回 波 进行Dechirp处 理，获 得 一 维 距 离 像；在 此 基 础 上，构 建 参 考 信 号，通 过 信 号 间 的 共 轭 相 乘 将 相 位 中 的 余 弦 函 数 变 为 线
3、 性 函 数；将 回 波 累 加，获 得 目 标二 维 像。仿 真 分 析 了 阵 元 个 数 和 波 束 宽 度 对 方 位 角 分 辨 率 的 影 响，并 与 涡 旋 电 磁 波 雷 达 成 像 算 法 对比，验证了所提算法的有效性和鲁棒性。关键词：圆环天线阵列；二维成像；实孔径雷达；反正弦函数；方位角中图分类号：TN957文献标志码：A文章编号：1001-5965（2023）06-1487-08 雷达图像可为目标识别提供重要依据，是诸多国 家 竞 相 发 展 的 关 键 技 术 之 一1-3。传 统 的 雷 达 成像 技 术，如 合 成 孔 径 雷 达4和 逆 合 成 孔 径 雷 达5-
4、6，主 要 利 用 目 标 和 雷 达 间 的 多 普 勒 效 应7-9来 获 得 高分 辨 率 的 方 位 像10。但 在 雷 达 与 目 标 相 对 运 动 较小 或 相 对 静 止 的 场 景 下，多 普 勒 效 应 微 弱，导 致 上述方法难以适用。近 年 来，由 于 涡 旋 电 磁 波 的 独 特 性 质，有 望 实现雷达与目标相对静止场景下的超分辨率成像，涡旋 电 磁 波 雷 达 成 像 技 术11-12成 为 成 像 领 域 的 研 究热 点 之 一。涡 旋 电 磁 波 雷 达 成 像 技 术 是 利 用 涡 旋电 磁 波 的 轨 道 角 动 量(orbital angular
5、momentum,OAM)，累积多个模态的涡旋电磁回波，再对回波进行 补 偿，最 终 获 得 目 标 像。Liu等13提 出 了 一 种 基于真实OAM雷达数据获取目标轮廓的成像处理方法，实 验 结 果 验 证 了 所 提 成 像 方 法 的 有 效 性，证 明了 涡 流 电 磁 波 可 以 用 于 超 孔 径 高 分 辨 率 目 标 成像。Liu等14研 究 了 基 于 双 耦合OAM光 束 的 电 磁涡流成像，提出了一种在X波段产生携带各种双耦合OAM的 无 线 电 波的OAM产 生 方 案，节 省了OAM波束传输的一半时间，并提高了成像性能。但涡旋雷达的成像分辨率与发射模态数有关，为获得
6、高分辨 率 二 维 像，需 要 发 射 多 个 脉 冲，其 成 像 时 间 较长。同时，由于涡旋电磁波幅度中的贝塞尔函数难以被完全补偿，成像质量难以进一步提高。现 有 的 涡 旋 电 磁 波 成 像 研 究 大 多 基 于 圆 环 阵列 产 生 涡 旋 电 磁 波。通 过 改 变 圆 环 阵 列 阵 元 的 排列方式，有望解决上述问题。本文提出了一种二维成像算法，该算法基于反正弦规律间隔排列的圆环天线阵列，实现了距离和方位角域的二维成像。利用位于圆环阵列中心的天线照射目标，并将圆环上的阵元按照反正弦函数规律间隔排列，不同阵元接收到的回波相位将以一定的规律变化，利用该规律可 以 实 现 在 方
7、位 角 域 上 对 目 标 成 像。再 结 合 由 发收稿日期：2021-08-02；录用日期：2021-09-30；网络出版时间：2021-10-2713：33网络出版地址：H，LUO Y，CHEN Y J，et al.Two-dimensional imaging algorithm for arcsine-based circular antenna array J.Journal of BeijingUniversity of Aeronautics and Astronautics，2023，49（6）：1487-1494（in Chinese）.2023年6月 北京航空航天大学学报 June2023第49卷第6期 JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics Vol.49No.6
