[发明专利]基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法及成像装置

权利要求书

1.一种基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法，该方法包括：

根据柱面扫描几何下，MIMO阵列中的发射天线阵元与目标之间的距离，以及MIMO阵列中的接收天线阵元与目标之间的距离，得到距离衰减因子，构建考虑距离衰减的回波模型；

对所述回波模型相对于发射天线阵元位置、接收天线阵元位置及方位角度变量分别作一维傅里叶变换，得到波数域回波信号；根据频谱回波信号，建立与重建目标半径相关的聚焦函数表达式；对所述聚焦函数表达式求逆后执行一维傅里叶变换，得到波数域聚焦函数；

根据得到的波数域回波信号和波数域聚焦函数，将二者相乘后，再进行降维重排、累积和逆傅里叶变换处理，得到目标反射率图像。

2.根据权利要求1所述的基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法，其特征在于，所述MIMO阵列是由多个发射天线阵元和多个接收天线阵元沿某一方向直线排列而成，并以半径R₀作圆周运动，以实现柱面扫描，对柱面内目标区域内的目标实现观测。

3.根据权利要求1所述的基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法，其特征在于，所述根据柱面扫描几何下，MIMO阵列中的发射天线阵元与目标之间的距离，以及MIMO阵列中的接收天线阵元与目标之间的距离，得到距离衰减因子，构建考虑距离衰减的回波模型；其具体过程包括：

根据柱面扫描几何下，发射天线阵元之间的距离R_T和接收天线阵元与目标之间的距离R_R，得到距离衰减因子，记为1/(4πR_TR_R)；

其中，

其中，(r,θ,z)为预先建立的柱坐标系O-rθz区域中的任一点；分别为MIMO阵列中发射天线阵元和接收天线阵元的柱坐标系下的坐标，其中，R₀为MIMO阵列柱面扫描的半径；为柱面扫描过程中MIMO阵列同X轴正向的夹角；z_T、z_R分别代表发射天线阵元在MIMO阵列方向的坐标和接收天线阵元在MIMO阵列方向的坐标；

根据上述得到的距离衰减因子1/(4πR_TR_R)，构建考虑距离衰减的回波模型：

其中，为快时间波数域回波信号；其中，k_R为快时间波数；σ(r,θ,z)表示待重建的目标反射率函数；j表示虚部单元；(r,θ,z)为柱坐标系O-rθz区域中的任一点。

4.根据权利要求1所述的基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法，其特征在于，所述对回波模型相对于发射天线阵元位置、接收天线阵元位置及方位角度变量分别作一维傅里叶变换，得到波数域回波信号；其具体过程包括：

根据回波模型，获取快时间波数域回波信号

对快时间波数域回波信号两侧相对于发射天线阵元位置变量z_T、接收天线阵元位置变量z_R分别执行一维傅里叶变换，得到变换后的频谱回波信号

其中，k_zT、k_zR分别为代表变量z_T、z_R傅里叶变化后对应的波数域变量；σ(r,θ,z)表示待重建的目标反射率函数；为相对于发射天线阵元位置变量z_T执行一维傅里叶变换操作；为相对于接收天线阵元位置变量z_R执行一维傅里叶变换操作；

利用驻定相位原理求解上式中

根据的结果得到另一表示形式下的频谱回波信号

其中，R₀为MIMO阵列柱面扫描的半径；σ(r,θ,z)为待重建的目标反射率函数；

对中的角度变量执行一维傅里叶变换的操作，得到波数域回波信号SSS(k_R,k_θ,k_zT,k_zR)；

其中，k_θ为角度变量对应的波数域变量。