[發明專利]一種基于MIMO陣列的無失真扇掃成像方法

有效

• 申請號: 201310176186.1
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103245942A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 孫超;劉雄厚;卓頡;郭祺麗
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S15/89
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種陣列成像方法。

背景技術

在聲納、雷達以及醫學等陣列成像技術中，扇掃成像是廣泛使用的工作方式之一（Sutton?J?L,Underwater?acoustic?imaging,Proceedings?of?the?IEEE,1979;67(4):554-566.Bao?Z,Xing?M?D?and?Wang?T,Radar?imaging?technique,China:Publish?House?of?Electronics?Industry,2005.Makovski?A,Ultrasonic?imaging?using?arrays,Proceedings?of?the?IEEE,1979;67(4):484-495.）。扇掃成像系統的分辨率可分為距離分辨率和方位分辨率（Soumekh?M,Array?imaging?with?beam-steered?data.IEEE?Trans.Image?Process.,1992;1(3):379-390）。距離分辨率由發射信號的帶寬決定，可以通過增加信號帶寬來提高。方位分辨率則由陣列的有效孔徑決定，可以通過增加陣列尺寸或提高發射信號頻率來改善。但是更大尺寸的陣列需要更大的安裝空間，而發射信號頻率的提高會導致柵瓣的出現和更嚴重的介質吸收損失（Van?Trees?H?L,Optimum?array?processing:part4of?detection,estimation,and?modulation?theory.Hoboken:John?Wiley&Sons?Inc.,2002.）。為了克服傳統扇掃成像方法在提高方位分辨率上存在的不足，王懷軍（Wang?H?J,Lei?W?T,Huang?C?L,and?Su?Y,MIMO?radar?imaging?model?and?algorithm,J.Electronics(China),2009;26(5):577-583.）、王黨衛（Wang?D?W,Ma?X?Y,Chen?A?L,and?Su?Y,High-resolution?imaging?using?a?wideband?MIMO?radar?system?with?two?distributed?arrays,IEEE?Trans.Image?Process.,2010;19(5):1280-1289.）和Li?Jian（Li?J,Stoica?P,Zheng?X.Signal?synthesis?and?receiver?design?for?MIMO?radar?imaging.IEEE?Trans.Signal?Process.,2008,56(8):3959–3968.）等人研究了多輸入多輸出（Multiple-Input?Multiple-Output，MIMO）陣列的扇掃成像能力，認為MIMO陣列可以比傳統陣列使用更少的陣元來獲得所需的方位分辨率。

但是這些已有的研究沒有考慮這樣一個事實，即使用窄帶信號時，相移波束形成會給波束輸出帶來幅度損失。在使用MIMO陣列進行扇掃成像時，需要先對回波進行匹配濾波處理再送入波束形成器進行波束形成。匹配濾波器輸出端的主要分量可以看作是發射信號的自相關函數（Wang?D?W,Ma?X?Y,Chen?A?L,and?Su?Y,High-resolution?imaging?using?a?wideband?MIMO?radar?system?with?two?distributed?arrays,IEEE?Trans.Image?Process.,2010;19(5):1280-1289.Li?J,Stoica?P,Zheng?X,Signal?synthesis?and?receiver?design?for?MIMO?radar?imaging.IEEE?Trans.Signal?Process.,2008,56(8):3959–3968.），且這些自相關函數的主瓣都是很窄的尖峰。由于某個方向的回波按照一定的時延差到達所有接收陣元，因此經過匹配濾波后，這些尖峰之間也存在時延差，且不同方向的回波對應不同的時延差值。相移波束形成器只能補償這些窄尖峰的相位差，并不能補償其時延差。因此，這些具有時延差的窄尖峰的求和結果會產生不同的峰值，即波束輸出產生不同的幅度。這些窄尖峰的時延差值越大，對應的求和結果的峰值就越小，即波束輸出幅度也越小。這說明當MIMO陣列采用窄帶發射信號和相移波束形成器時，會在不同波束指向角下產生不同的幅度損失，使得二維扇掃強度圖產生失真。

發明內容