[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

说明书

本发明提供了一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统及其数据处理方法。所述雷达系统包括矢量网络分析仪、射频转换器、微控制器、低噪放大器、MIMO阵列、计算机，所述数据处理方法包括：设定远场校正目标，估计收发通道相位增益误差；依据相位增益误差估计，对回波信号进行校正；经后向投影处理，得到目标低质量图像；经相位相干因子方法处理，得到目标高质量图像；对两个MIMO阵列所得目标高质量图像进行配准处理，利用数学变换估计目标二维矢量位移。所提供的雷达系统和数据处理方法可以有效地校正系统误差，抑制旁瓣和栅瓣，实现目标高质量成像和二维矢量位移估计。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其是涉及一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统及其数据处理方法。

背景技术

地基合成孔径雷达(Ground-Based Synthetic Aperture Radar，简称GB-SAR)是一种有效的位移估计技术，常被用于大坝、山体、煤矿等基础设施和自然物体的安全监测之中。近年来，具有相似应用的基于线性或平面多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，简称MIMO)阵列的雷达系统得到迅速发展，大大减少了位移估计的数据采集周期，提高了安全监测的时效性。然而，现有GB-SAR和MIMO雷达系统往往仅能测量目标沿雷达视线方向的一维位移，丢失了部分信息，在许多应用中不能满足需求。

针对这个问题，可以构建基于双/多MIMO阵列的雷达系统，进行目标成像和二维/三维矢量位移估计。然而，阵元位置误差、通道时延误差、相位增益误差等因素严重影响MIMO雷达系统的成像性能，降低目标位移估计的准确性。若成像场景是稀疏的，即成像场景中仅包含有少量强散射目标，则可以利用基于压缩感知(Compressive Sensing，CS)的成像方法同时估计目标的反射系数和误差参数，获得目标高质量成像和位移估计结果。但是，对于更一般的情况，即观测场景是非稀疏的，基于CS的成像方法性能下降严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MIMO阵列雷达系统及其数据处理方法，以实现对目标进行高质量成像和二维矢量位移估计。

本发明采用的第一种技术方案为：

一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统，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，MIMO阵列包括多个发射阵元、多个接收阵元，发射阵元和接收阵元合成的多个虚拟阵元构成等效均匀线性阵列；

矢量网络分析仪用于产生步进频连续波信号；

射频转换器用于实现信号的分时发射和接收；

微控制器用于对射频转换器进行控制；

低噪放大器用于对接收信号进行放大处理；

计算机用于对矢量网络分析仪、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。

进一步的技术方案是，MIMO阵列包括M个发射阵元、N个接收阵元，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；

矢量位移估计MIMO阵列雷达系统包括两个MIMO阵列，它们的相对位置可以设置不同的基线进行调整。

本发明采用的第二种技术方案为：

一种矢量位移估计MIMO阵列雷达系统的数据处理方法，采用前述技术方案中的矢量位移估计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；