[发明专利]一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统及其数据处理方法

权利要求书

1.一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统，其特征在于，包括：MIMO阵列、矢量网络分析仪、射频转换器、微控制器、低噪放大器、计算机；

其中，所述MIMO阵列包括多个发射阵元、多个接收阵元，所述发射阵元和所述接收阵元合成的多个虚拟阵元构成等效均匀线性阵列；

所述矢量网络分析仪用于产生步进频连续波信号；

所述射频转换器用于实现信号的分时发射和接收；

所述微控制器用于对所述射频转换器进行控制；所述低噪放大器用于对接收信号进行放大处理；

所述计算机用于对所述矢量网络分析仪、所述微控制器进行远程控制，对接收数据进行存储和处理，最终完成目标成像和矢量位移估计。

2.根据权利要求1所述的一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统，其特征在于：所述MIMO阵列包括M个所述发射阵元、N个所述接收阵元，M为不小于2的整数，N为不小于2的整数；

合成的虚拟阵元数量为M×N个；所述矢量位移估计MIMO阵列雷达系统包括两个所述MIMO阵列，它们的相对位置可以设置不同的基线进行调整。

3.一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统数据处理方法，其特征在于，采用如权利要求1-2任一项所述的矢量位移估计MIMO阵列雷达系统实现，包括如下步骤：

S101、根据待测场景和测量要求，确定所述雷达系统的相关参数；

S102、利用两个MIMO阵列同时对远场校正目标进行测量，测量时各个收发通道按时间顺序依次发射设定的步进频连续波信号，接收回波信号并存储于计算机中；

S103、移除远场校正目标，利用两个MIMO阵列同时对待测场景进行测量，接收回波信号并存储于计算机中，并作为校正目标的背景信号；

S104、在对校正目标的回波信号进行背景信号消减处理之后，对两个MIMO阵列的每个收发通道进行距离压缩处理，估计对应的相位增益误差；

S105、对两个MIMO阵列接收到的待测场景回波信号进行相位增益误差校正，得到校正后的回波信号；

S106、对校正后的回波信号进行后向投影处理，得到目标低质量图像；

S107、利用相位相干因子方法对目标低质量图像进行处理，得到目标高质量图像；

S108、对两个MIMO阵列所得目标高质量图像进行图像配准处理，使两幅图像中的目标一一对应；

S109、经过图像配准后，根据两个MIMO阵列所得目标一维视线位移估计，通过数学变换得到目标二维矢量位移估计。

4.根据权利要求3所述的一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统数据处理方法，其特征在于：所述步骤S104中，估计相位增益误差的表达式为：

其中，T为校正目标个数，为第m-n个收发通道中第t个校正目标的复幅度估计，通过傅里叶变换进行距离压缩后提取峰值得到，第1-1个收发通道的复幅度估计为相位增益参考值，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，M和N分别为发射阵元数和接收阵元数。

5.根据权利要求3所述的一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统数据处理方法，其特征在于：所述步骤S105中，对回波信号进行校正的表达式为：

其中，s_m,n,q为回波信号的第m-n-q个元素，为第m-n个收发通道的相位增益误差估计，q＝1,2,...,Q，Q为频率数,为校正后回波信号的第m-n-q个元素。

6.根据权利要求3所述的一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统数据处理方法，其特征在于：所述步骤S106中，进行后向投影处理得到的目标低质量图像为：

其中，r表示目标的距离，θ为目标的角度，为第m-n个收发通道对(r,θ)处目标的距离向压缩信号，通过逆傅里叶变换和辛克插值快速计算得到，R_m,n(r,θ)为目标到第m个发射阵元和第n个接收阵元的距离，f_q＝f₀+(q-1)Δf为第q个频率,f₀为起始频率，Δf为频率步长，c为光速。