本发明涉及低慢小目标探测，具体是一种面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨成像雷达系统。
背景技术：
1、低慢小目标如鸟类及小型无人机，由于散射强度较弱、飞行速度较低，难以被传统雷达或传感器有效探测，这种低可观测性导致它们在民航领域成为安全隐患。全球鸟击事件频发，据统计每年约21000起鸟击事件，造成经济损失达12亿元。
2、为了解决这个问题，目前，国内外已经研制出了相对成熟的雷达探鸟系统，但这些系统主要依赖回波强度进行分类，难以区分飞鸟和无人机。
3、在无人机目标探测领域，现有探测技术则主要分为无线电监测、音频监测、光电探测和雷达探测技术。然而，这些技术都存在各自的局限性。无线电监测单站测量通常只有目标方位信息，测量精度低，且对于巡航式电磁静默的无人机，该监测手段可能失效。音频探测技术易受噪声、杂波影响，对于大型无人机效果较好，中小型无人机声音小，并且环境中噪声干扰严重，通常探测效果不佳。光电探测手段易受环境光线干扰，低慢小目标光电信号较弱、信噪比低，且在机场环境下，大小目标遮蔽效应、飞机发动机强烈的红外辐射都使光电探测、识别、跟踪的难度进一步增大。
4、因此，迫切需要研发新的监视手段和技术，以实现低慢小目标的精细化描述和识别。这些新手段和技术需要具有强大的检测能力和高识别概率，以应对环境复杂、虚假目标多、目标机动性强、有效观测时间短等挑战。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对当前低慢小目标检测能力弱、识别概率低等问题，提出一种面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨成像雷达系统，为低慢小目标探测识别提供一种解决方案。该系统采用光学手段实现超宽带雷达信号的产生和接收，充分发挥光学方式进行超宽带信号产生的幅度平坦度和相位稳定性优势，在接收端采用光子射频直采在射频域采集信号，最大程度保留目标回波原始信息，避免了下变频等模拟处理带来的信息损失，另外，基于匹配滤波一维像处理的特点，此方法中雷达探测所用发射信号的形式不局限于线性调频信号，适用于更多应用场景。通过全光超宽带高分辨成像雷达可以实现低慢小目标的高分辨成像，提取目标精细化特征，为后续的识别处理提供更好的输入，从而提高后续目标识别的准确率。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨成像雷达系统，包括发射端和接收端，其特点在于：
4、所述的发射端包括光子超宽带信号发射系统，用于生成并发射连续的射频超宽带雷达信号，并通过天线将所述超宽带雷达探测信号发射至自由空间中；
5、所述的接收端，包括光子射频直采超宽带信号接收系统与高分辨成像处理与识别模块，其中，光子射频直采超宽带信号接收系统用于接收回波信号并进行相干积累处理，增强信号强度，保留回波信号的频域信息，并转为数字信号；高分辨成像处理与识别模块，用于对接收的数字信号进行成像和识别处理。
6、发射端：所述的光子超宽带信号发射系统，包括光子倍频宽带信号产生模块和发射射频前端。在所述的光子倍频宽带信号产生模块中，由任意信号发生器产生的基带信号送入低噪声放大器进行放大，之后输入到马赫曾德尔调制器中进行调制并倍频。激光源产生的窄线宽光载波经过偏振控制器调控偏振态后输入至马赫曾德尔调制器。马赫曾德尔调制器将承载了倍频信号的光信号输入至光放大器进行光信号放大，之后输入至光电探测器完成光电转换。光电转换后得到原基带信号的二倍频和四倍频等倍频信号，送入带通滤波器得到四倍频信号后送入发射射频前端完成功率调理，经由天线发射至自由空间中。同时，任意信号发生器输出同步时钟信号用于同步频综模块。
7、接收端：包括光子射频直采超宽带信号接收系统与高分辨成像处理与识别模块。所述的光子射频直采超宽带信号接收系统，包括接收射频前端和光子射频直采宽带接收模块。其中，光子射频直采宽带接收模块在射频域直接对回波信号进行采集，完整保留回波信号的频域信息并将其变为数字信号送入高分辨成像处理和识别模块。在所述的光子射频直采宽带接收模块中，经过接收射频前端功率调理后的回波信号输入至光学采样门进行光学采样。光学采样门的采样时钟由光子采样时钟提供。经过光学采样后的信号首先输入至解复用模块进行降速，原本速率为fs的光脉冲序列按时序分解为并行4个速率为fs/4的光脉冲序列并输入至光电探测器阵列中完成光电转换，得到的4路电信号送至电学模数转换器阵列中转化为4路数字信号后送入高分辨成像处理与识别模块中。其中，解复用模块的射频输入由频综模块提供。
8、所述的高分辨成像处理与识别模块，包括一维像处理模块、二维像处理模块和图像识别模块。其中，一维像处理模块完成多路数字信号的实时存储和转发、一维像并行处理和对一维像结果的判决操作，二维像处理模块对得到的n个一维像结果进行运动补偿和相干积累得到高分辨二维逆合成孔径雷达图像，最后由图像识别模块对得到的二维图像进行识别，得到目标的具体信息。在所述的一维像处理模块中，多路数字信号首先在数据存储模块中完成实时存储并转发至一维像并行处理模块中进行处理，一维像并行处理模块由多块高性能fpga处理板卡构成，并行完成匹配滤波一维像实时处理过程，得到的一维像数据送入一维像判决模块进行判决，截取目标所在区域数据以降低数据量。判决后的数据送入二维像处理模块进行运动补偿和相干积累处理，得到高分辨二维逆合成孔径雷达图像后，将成像结果送入图像识别模块得到目标信息。其中，高分辨成像处理与识别模块的同步时钟信号由频综模块提供。
9、本方案中所述的光子超宽带信号发射系统，其中的宽带信号产生方式包括但不限于光子倍频方式。
10、所述的光子射频直采超宽带信号接收系统，具有多个通道，能够完成对射频大带宽信号的直接采样，其架构包括但不限于时间波长交织架构、通道交织架构、并行采样架构等。
11、所述的雷达发射信号的射频频段包括但不限于x波段，ku波段，ka波段。
12、所述的相干积累算法包括但不限于后向投影算法，傅里叶变换，匹配追踪优化算法。
13、与现有的低慢小目标探测系统相比，本发明具有以下优点：
14、基于全光超宽带高分辨成像雷达实现了超宽带信号的收发，可对低慢小目标进行高分辨二维成像，从而得到低慢小目标的精细化特征，更好的对低慢小目标进行识别。
15、具体而言，本发明通过光学方式产生超宽带信号，充分发挥其产生宽带信号的幅度平坦度及相位稳定性优势，为低慢小目标的高分辨成像提供高质量发射信号；同时，基于光子射频直采方式实现超宽带雷达回波的射频域接收，避免了模拟下变频处理带来的信息损失，完整保留了低慢小目标回波信号的频域信息；基于匹配滤波的一维像处理，相较于去斜处理，可以适用于多种雷达信号，具备更好的泛用性。通过超宽带信号收发和长时间相干积累为低慢小目标成像提供了超高分辨率，实现了低慢小目标的精细化成像。
1.一种面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，所述光子超宽带信号发射系统(1)包括：
3.根据权利要求1所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，所述光子射频直采超宽带信号接收系统(4)包括：
4.根据权利要求1所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，所述高分辨成像处理与识别模块(5)包括：
5.根据权利要求4所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，在所述的一维像处理模块(5-1)中，多路数字信号首先在数据存储模块(5-1-1)中完成实时存储并转发至一维像并行处理模块(5-1-2)中进行处理，一维像并行处理模块(5-1-2)由多块高性能fpga处理板卡构成，并行完成匹配滤波一维像实时处理过程，得到的一维像数据送入一维像判决模块(5-1-3)进行判决，截取目标所在区域数据以降低数据量；判决后的数据送入二维像处理模块(5-2)进行运动补偿和相干积累处理，得到高分辨二维逆合成孔径雷达图像后，将成像结果送入图像识别模块(5-3)得到目标信息。
6.根据权利要求1-5任一所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，所述频综模块用于提供系统的同步时钟信号和解复用模块的射频输入。
7.根据权利要求1-5任一所述的面向低慢小目标探测的全光超宽带高分辨雷达系统，其特征在于，所述光子倍频宽带信号产生模块(1-1)采用光学倍频方式产生宽带信号产生，所述接收射频前端(4-1)采用光子射频直采方式接收宽带信号，所述一维像处理模块(5-1)采用匹配滤波处理方式处理一维像。
