[发明专利]基于MIMO-SAR的介质目标快速成像方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于MIMO‑SAR的介质目标快速成像方法和装置。所述方法包括：获取基于稀疏MIMO‑SAR体制下分层介质目标的目标回波信号，并采用快速傅里叶变换和球面波分解操作得到目标回波信号的谱域回波信号，再将谱域回波信号进行分解，得到多个谱域回波信号，对各谱域回波信号分别进行多步相位补偿、逆快速傅里叶变换和波数积处理，得到多个与各谱域回波信号对应的子图像，最后对所有的子图像进行相干累加，得到分层介质目标的MIMO‑SAR聚焦图像。本方法与传统方法相比避免了大量的后向投影操作，在保证图像重构质量的前提下显著提升了计算效率。

技术领域

本申请涉及雷达信号处理技术和雷达目标成像技术领域，特别是涉及一种基于MIMO-SAR的介质目标快速成像方法和装置。

背景技术

近年来，多种非金属介质材料如聚四氟乙烯和玻璃纤维等因其优异的物理化学性能而被广泛应用。在诸多军用和民用领域中，这些材料通常被制作成具有层状结构的构件，如航天隔热层和桥梁抗震垫等。然而，制造工艺的不完善或材料老化引起的结构缺陷很可能会导致构件性能的严重恶化，进而引起安全事故的发生。由此看来，无论是在生产还是使用过程中，对介质结构进行无损检测和内部成像以评估其性能是很有必要的。

不同于传统的X射线，毫米波不仅能够重构出目标的细微特征，实现高分辨成像，还对衣物、聚四氟乙烯和玻璃纤维等多种非金属介质材料具有一定的穿透能力和非电离特性。因此，基于阵列的主动式毫米波雷达成像技术在诸如人体安检、医学成像和缺陷检测等近场无损检测应用中有其独特的优势，具有重要的理论研究意义和社会应用价值。作为一种新兴的阵列体制，稀疏MIMO-SAR可以被看做是扫描一维单输入单输出（Single InputSingle Output, SISO）阵列和二维实孔径稀疏MIMO阵列的折中产物，能够在保证快速数据采集的同时大量节约硬件成本。

现有的毫米波稀疏多输入多输出合成孔径雷达（Multiple Input MultipleOutput-Synthetic Aperture Radar, MIMO-SAR）体制的快速成像方法往往基于自由空间假设，当目标为分层介质结构时，其建立的回波模型的不准确性会导致应用这些方法得到的目标图像出现严重的散焦现象。另外，这些成像研究大都假设采用的1D-MIMO阵列中收发阵列都是严格均匀的，其完全基于FFT的成像思路对一些优化后的非均匀MIMO阵列拓扑并不适用，且这些方法在执行过程中涉及到了大量的高维矩阵运算，对计算设备的性能尤其是随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）容量更加依赖。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种对介质目标实现无损检测且实现简单，计算快速的基于MIMO-SAR的介质目标快速成像方法和装置。

一种基于MIMO-SAR的介质目标快速成像方法，所述方法包括：

获取基于稀疏MIMO-SAR体制下分层介质目标的目标回波信号，并通过快速傅里叶变换和球面波分解操作得到目标回波信号的MIMO-SAR谱域回波信号；

将所述MIMO-SAR谱域回波信号进行分解，得到多个SIMO-SAR谱域回波信号；

对各所述SIMO-SAR谱域回波信号分别进行多步相位补偿、逆快速傅里叶变换和波数积处理，得到多个与各所述SIMO-SAR谱域回波信号对应的子图像；

对所有的所述子图像进行相干累加，得到所述分层介质目标的MIMO-SAR聚焦图像。

在其中一实施例中，所述获取基于稀疏MIMO-SAR体制下分层介质目标的目标回波信号包括：基于空间笛卡尔坐标系构建稀疏MIMO-SAR的成像几何，其中，所述MIMO-SAR体制的阵列孔径位于平面上，1D-MIMO阵列位于方向上，并沿着方向机械扫描以合成等效的二维孔径对所述分层介质目标区域进行照射。