一种用于太赫兹探测通信一体化的SAR成像方法及装置

本技术涉及太赫兹雷达成像，特别是涉及一种用于太赫兹探测通信一体化的sar成像方法及装置。

背景技术：

1、无线通信频段向毫米波、太赫兹和可见光等更高频段发展。与传统感知频段发生越来越多的重叠。在相同频谱实现通信与感知，避免干扰，提升频谱利用率，是技术与产业发展的优选路径。其次，无线通信与无线感知在系统设计、信号处理与数据处理等方面呈现越来越多的相似性。利用同一套设备或共享部分设备器件实现通信与感知，降低设备成本、体积和功耗，同样是产品的优选形态。探测通信一体化是指基于软硬件资源共享或信息共享同时实现探测与通信功能协同的新型信息处理技术，可以有效提升系统频谱效率、硬件效率和信息处理效率。探测通信一体化是6g潜在关键技术的研究热点之一，其设计理念是要让无线通信和无线感知两个独立的功能在同一系统中实现且互惠互利。一方面，通信系统可以利用相同的频谱甚至复用硬件或信号处理模块完成不同类型的感知服务。另一方面，探测结果可用于辅助通信接入或管理，提高服务质量和通信效率。太赫兹频段(0.1thz-10thz)具有丰富的频谱和带宽资源，因而太赫兹波同时具备高速率通信及高精度探测的能力，能够充分满足6g探测通信一体化的需求。但是太赫兹波频率高、波束窄，使其在移动场景下波束对准困难。目前用于探测通信一体化波形的设计中，主要分为基于探测波形和基于通信波形两种。基于探测波形的方式是将通信信息调制到探测信号上，使探测信号成为传输信号的载体。常见的方式是利用探测信号脉冲间的参数变化表示通信信息。但通信调制实现受探测信号可变参数的限制，导致通信信息传输速率受限，且通信方向受限于探测波束方向。基于通信波形的方式则主要是对现有的通信波形进行优化设计使其具备良好的探测能力，或者直接使用具有探测能力的通信波形。通信波形中最具有代表性的是正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)波形。其具有频谱效率高、可对抗多径效应、子载波调制方式灵活、易于实现以及宽带可合成的优势。ofdm波形可以在进行高速率通信的同时兼顾感知功能，是最有潜力的一体化波形之一。合成孔径雷达(synthetic aperture radar,sar)是一种高分辨成像雷达，具有全天时、全天候工作的特点，在环境保护、灾害监测、海洋观测、地质测绘等方面有广泛的应用。sar与通信一体化将提升sar信息交互能力，使成像信息可以及时传输，一方面便于高效地处理信息，具有更灵活的工作模式，另一方面通过对成像信息的处理，辅助通信功能的实现。因而ofdm波形与sar成像结合，可以充分利用其波形的多样性，在提高系统分辨能力、抑制距离模糊和探测通信一体化系统方面具有广阔的应用前景。

2、然而，目前的一种基于编码项补偿的ofdm信号sar成像方法。该成像方法在接收到回波之后，先进行二维fft，然后直接进行二维距离压缩，然后进行距离徙动校正，随后利用ofdm信号的编码项设计加权窗形成距离像的相位补偿项，最后再进行方位压缩和ifft，得到最终的ofdm-sar成像结果。但是该成像方法中用于编码项补偿的加权窗函数需要进行卷积、逆傅里叶变换等操作，计算复杂度较高并且成像准确率低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高sar成像准确率和降低计算复杂度的用于太赫兹探测通信一体化的sar成像方法及装置。

2、一种用于太赫兹探测通信一体化的sar成像方法，所述方法包括：

3、利用雷达发射雷达回波信号，根据走-停-走模式假设对雷达回波信号进行解调，得到解调后的接收信号；

4、利用脉冲宽度和子载波的个数设置采样间隔，根据采样间隔对解调后的接收信号进行离散化，得到离散信号；

5、在任意慢时间时刻对离散信号进行串并转换，得到离散信号矩阵；将离散信号矩阵的每一行除以通信调制符号，得到新的信号矩阵；再将新的信号矩阵的每一行相加进行并串转换，得到sar回波矩阵；对sar回波矩阵进行求和处理，得到求和结果；

6、根据求和结果获取sar距离像；对距离像进行方位向fft、距离徙动校正、方位向压缩和方位向ifft，得到sar成像结果。

7、在其中一个实施例中，根据走-停-走模式假设对雷达回波信号进行解调，得到解调后的接收信号，包括：

8、根据走-停-走模式假设对雷达回波信号进行解调，得到解调后的接收信号为

9、

10、其中，σ为目标的散射系数，n表示子载波的个数，τ(ta)＝2r(ta)/c为慢时间ta时刻回波的时延，dn为第n个通信调制符号，fn＝fc+nδf为第n个子载波的中心频率，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔，ts＝1/δf为脉冲宽度，rect(·)为矩形窗函数，tr表示快时间。

11、在其中一个实施例中，根据采样间隔对解调后的接收信号进行离散化，得到离散信号，包括：

12、根据采样间隔ts/n对解调后的接收信号进行离散化，得到离散信号为

13、

14、其中，σ为目标的散射系数，n表示子载波的个数，τ(ta)＝2r(ta)/c为慢时间ta时刻回波的时延，dn为第n个通信调制符号，fn＝fc+nδf为第n个子载波的中心频率，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔，ts＝1/δf为脉冲宽度，rect(·)为矩形窗函数，i表示快时间离散化后的索引。

15、在其中一个实施例中，在任意慢时间时刻对离散信号进行串并转换，得到离散信号矩阵，包括：

16、在任意慢时间时刻对离散信号进行串并转换，得到离散信号矩阵为

17、

18、其中，n表示子载波的个数，τ为时延，dn为第n个通信调制符号，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔。

19、在其中一个实施例中，将离散信号矩阵的每一行除以通信调制符号，得到新的信号矩阵，包括：

20、将离散信号矩阵的每一行除以通信调制符号，得到新的信号矩阵为

21、

22、其中，n表示子载波的个数，τ为时延，dn为第n个通信调制符号，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔。

23、在其中一个实施例中，将新的信号矩阵的每一行相加进行并串转换，得到sar回波矩阵，包括：

24、将新的信号矩阵的每一行相加进行并串转换，得到sar回波矩阵为

25、

26、其中，σ为目标的散射系数，n表示子载波的个数，τ(ta)＝2r(ta)/c为慢时间ta时刻回波的时延，fn＝fc+nδf为第n个子载波的中心频率，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔，ts＝1/δf为脉冲宽度，rect(·)为矩形窗函数。

27、在其中一个实施例中，对sar回波矩阵进行求和处理，得到求和结果，包括：

28、对sar回波矩阵进行求和处理，得到求和结果为

29、

30、其中，σ为目标的散射系数，n表示子载波的个数，τ(ta)＝2r(ta)/c为慢时间ta时刻回波的时延，fc为发射中心载频，δf是子载波间隔，ts＝1/δf为脉冲宽度，rect(·)为矩形窗函数。

31、在其中一个实施例中，根据求和结果获取sar距离像，包括：

32、根据求和结果能够知道，在求和结果中，当i＝nδfτ(ta)＝τ(ta)/(ts/n)处取得峰值，故能直接得到距离像。

33、一种用于太赫兹探测通信一体化的sar成像装置，所述装置包括：

34、信号处理模块，用于利用雷达发射雷达回波信号，根据走-停-走模式假设对雷达回波信号进行解调，得到解调后的接收信号；

35、距离像成像模块，用于利用脉冲宽度和子载波的个数设置采样间隔，根据采样间隔对解调后的接收信号进行离散化，得到离散信号；在任意慢时间时刻对离散信号进行串并转换，得到离散信号矩阵；将离散信号矩阵的每一行除以通信调制符号，得到新的信号矩阵；再将新的信号矩阵的每一行相加进行并串转换，得到sar回波矩阵；对sar回波矩阵进行求和处理，得到求和结果；根据求和结果获取sar距离像；

36、方位向成像模块，用于对距离像进行方位向fft、距离徙动校正、方位向压缩和方位向ifft，得到sar成像结果。

37、上述一种用于太赫兹探测通信一体化的sar成像方法及装置，本技术通过根据走-停-走模式假设对雷达回波信号进行解调，利用脉冲宽度和子载波的个数设置采样间隔，根据采样间隔对解调后的接收信号进行离散化，在某一慢时间，经过串并转换，将离散信号写成矩阵的形式，将离散信号矩阵的每一行除以通信调制符号，将新的信号矩阵的每一行相加进行并串转换，得到sar回波矩阵，通过点除通信调制符号，将通信调制符号从接收回波中去除，消除通信调制符号的影响，可以大大提高sar成像的准确率。将其距离向处理中的加窗和匹配滤波改进成了点除通信调制符号，并通过求和直接得到距离像，极大的减少了计算复杂度，通过获取的准确率更高的sar图像，可以开发并利用太赫兹ofdm通信波形的探测探测功能，获取环境数据，估计通信目标的位置，辅助实现波束对准，以期缩短通信建链时间，更好的提升无线通信链路的稳定性。