[发明专利]一种用于MIMO-SAR的三维快速成像方法

说明书

本发明提供一种用于MIMO‑SAR的三维快速成像方法，利用了频域算法的高效性，解决了传统RMA中的数据插值的问题，避免了传统插值方式及插值核的截断效应，可以获得更高的成像质量；同时，本发明还解决了传统PSM算法中的波数域积分耗时的问题，在保证成像效果的前提下，进一步发挥了相移替代插值的优势，提升了处理速度。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种用于MIMO-SAR的三维快速成像方法。

背景技术

雷达三维成像系统最常见的是使用二维阵列实现方位高度向快速聚焦结合宽带信号实现距离向的聚焦，而在毫米波/太赫兹频段，受限于空间采样率要求，二维阵列需要的阵元数较多，尤其是目前毫米波太赫兹器件本身成本就相对较高，导致在现有条件下搭建二维阵列系统会增加诸多系统成本。虽然只采用单个收发阵元进行二维扫描，结合宽带信号也可获取目标三维图像，但是数据的获取时间太长，无法实现实时成像应用。目前基于此类MIMO装置的成像算法大多采用基于波数域的Range Migration Algorithm(RMA)及Phase Shift Migration(PSM)算法实现快速成像，该类算法相比于基于相干叠加的反向投影算法(Back-projection Algorithm，BPA)具有成像速度快，聚焦效果好的优势。

由此可见，现有技术存在如下技术缺陷(重点部分)：

(1)基于波数域傅里叶变换插值的RM算法成像过程涉及到收发阵列的波数域插值，插值方法决定了成像效率且插值核的截断效应降低了其成像精度；

(2)起源于反射地震学的PSM算法，与RM算法对阵列的要求一致，成像过程中以波场外推取代了RMA中的插值，算法最后一步关于波数的积分叠加运算占用大量的计算时间，计算效率低于RMA。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于MIMO-SAR的三维快速成像方法，避免了传统插值方式及插值核的截断效应，可以获得更高的成像质量。

一种用于MIMO-SAR的三维快速成像方法，MIMO天线阵列由处于同一直线的发射天线子阵列和接收天线子阵列组成，且所述MIMO-SAR的成像结果的计算公式为：

其中，为一维逆傅里叶变换，为二维逆傅里叶变换，FT_3D为三维傅里叶变换，s(x_t，x_r，y，k)为MIMO-SAR体制下的反射回波信号，rearrange表示重排操作，为成像后确定的目标区域的空间坐标，M₁为相移偏移因子的第一子项，为相移偏移因子的第二子项，且有：

其中，z_c为MIMO天线阵列到目标区域中心的距离，k为发射天线子阵列对外辐射频率步进信号时对应的波数，k_xt为发射天线子阵列方向上对应的空间波数，k_xr为接收天线子阵列方向上对应的空间波数，k_y为合成孔径扫描方向上对应的空间波数，k_c为中心频率对应的波数，j表示虚部单元，表示以距离 z_c为距离向坐标零点时目标区域对应的距离向坐标。

进一步地，所述相移偏移因子的第一子项M₁与相移偏移因子的第二子项的获取方法为：

S1：假设MIMO-SAR体制下的反射回波信号s(x_t，x_r，y，k)为：