[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

说明书

本发明属于MIMO雷达信号处理和成像技术领域，具体涉及一种基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法，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。

技术领域

本发明属于MIMO雷达信号处理和成像技术领域，具体地说，涉及一种基于柱面扫描体制下的MIMO阵列三维成像方法及成像装置。

背景技术

柱面扫描体制可实现对目标360度的观测，在安检及医学等领域可提供全方位的成像结果。

近年来，多输入多输出(Multiple-Input MultipleOutput,MIMO)雷达技术由于其诸多优点得到快速发展。其中，MIMO阵列相比于单站阵列，可大幅度的减少阵元数量，具有高分辨率成像的潜力。柱面扫描体制下的MIMO阵列是将MIMO阵列与柱面扫描方式相结合，可实现对目标全方位高分辨的重建。MIMO体制下的数据录取方式相对于单站更为复杂，因此，对该几何在近距离场景下的三维成像方法需要进一步的研究。

传统的距离徙动算法(Range Migration Algorithm,RMA)是基于单站数据获取模式下的成像算法，不能直接应用于MIMO阵列信号的处理。在近场条件下，由于波前是球面而不是平面的，因此，在发射和接收天线之间假设虚拟相位中心的成像算法对于近场MIMO重建是不准确的。

全息成像系统的多数重建算法为了简化推导过程忽略了距离衰减幅度项，从而推导过程引入了一定的近似，而对于近距离成像场景，忽略距离衰减的成像算法将在一定程度上影响成像质量。现有的成像算法在构建回波模型时大多忽略距离衰减幅度项，而忽略该项会一定程度上影响成像质量。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了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。

作为上述技术方案的改进之一，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。

作为上述技术方案的改进之一，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，