[发明专利]毫米波多发多收线阵的相位不一致性校正方法及成像系统

说明书

一种毫米波多发多收线阵的相位不一致性校正方法及成像系统，利用毫米波多发多收线阵录取目标回波信号；采取金属平板作为参考目标，录取参考目标回波信号；结合金属平板的尺寸、位置和毫米波多发多收线阵的阵元分布方式，采用电磁计算软件得到相同场景下金属平板的仿真回波信号；利用参考目标回波信号和仿真回波信号对目标回波信号进行补偿，得到相位不一致性校正后的目标回波信号，校正后的目标回波信号直接用于目标的成像与重构。本发明采用电磁计算软件仿真的金属平板回波信号作为距离恢复的补偿数据，无需计算需要补偿的真实距离，可直接恢复多发多收稀疏阵列成像场景下真实的成像几何关系，保证成像质量。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体地涉及一种毫米波多发多收线阵的相位不一致性校正方法及成像系统。

背景技术

毫米波通常指频率在30GHz到300GHz（对应波长1mm-10mm）之间的电磁波，是近年来研究最热门的电磁频谱。相比于微波以及更低频段的电磁波，毫米波雷达载频更高，波长更短，更容易实现大带宽的雷达信号，因此可以实现更高距离和方位分辨率的成像，在安全检查、无损探测等领域具有重大的应用前景。

近年来，随着毫米波源和检测器件的重大突破，已经有多个国内外研究机构开发了毫米波安检成像系统，其按照阵列结构主要可以分为两大类：准单站阵列成像系统和稀疏多站阵列成像系统。准单站阵列成像系统的发射阵元间隔和接收阵元间隔都是均匀的，收发线阵左右错开半个阵元间隔，形成准单站分布。这种阵列系统的优势是可以实现对目标的全方位波束覆盖，系统结构、成像算法简单，但是阵元通道数多，成本较高。稀疏多站阵列成像系统的发射阵元和接收阵元是按照一定的设计规则稀疏分布的，通过等效阵元中心分布或者采用相应的稀疏阵列成像算法，可以以较少的阵元数目实现与准单站阵列成像系统相同的功能，极大的降低了硬件成本和系统功耗，是目前毫米波成像系统的主流发展趋势。

对于毫米波阵列成像系统，由于器件制造差异和传输通道电尺寸长度的影响，相同的源信号通过不同发射通道和接收通道，对应的射频信号和本振信号的初相往往是不一致的。这个不一致的相位会破坏阵列录取目标回波的横向多普勒信息，进而导致成像结果散焦甚至模糊。对于传统的准单站毫米波阵列系统，通常采用一个金属平板作为参考目标校正相位的不一致性，再补偿金属平板到线阵之间的直线距离从而恢复真实的成像几何关系。对于多发多收的稀疏阵列，收发阵元之间存在一定的距离，导致准单站近似失效，在采取金属平板作为参考目标校正相位的不一致性后，需要补偿的距离大于金属平板到线阵之间的距离，此时准确的计算收发阵元之间需要补偿的距离存在较大的难度。以一种四发八收线阵为例，其阵元分布如图1所示。在图1中，圆圈为接收阵元，叉号为发射阵元，线阵总长度为0.17米。毫米波系统工作在超外差模式，发射信号为宽带线性调频信号，脉冲宽度为T_P。四个发射阵元依次发射该信号，阵元之间发射信号的时间间隔为T_A(T_AT_P)，每个阵元发射信号的同时，八个接收通道同步开启同时接收目标的回波信号，以此保证信号之间的相参性。由于天线等器件水平差异和传输通道电尺寸长度不一致的影响，相同的源信号通过不同发射通道和接收通道，对应的射频信号和本振信号的初相也存在一定的差异。不一致的相位会破坏阵列录取目标回波的真实横向多普勒信息，导致成像结果散焦甚至模糊。