[發明專利]一種基于MIMO體制的近程三維成像裝置及其成像方法

有效

• 申請號: 201610091585.1
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105759262B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 崔曉熙;姜濟群;桑偉;谷薔;于海輝
• 申請（專利權）人: 公安部第一研究所;北京中盾安民分析技術有限公司
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/42
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 黃浩威

本發明公開了一種基于MIMO體制的近程三維成像裝置，包括N×N毫米波接收機面陣與同步發射機，所述N×N毫米波接收機面陣由N個毫米波接收機組成，所述同步發射機由M個發射天線組成；其中，所述M個發射天線分布設置于所述N×N毫米波接收機面陣的周緣且相互處于同一平面中。本發明有益效果在于，提出了一種新型毫米波人體探測方法既基于MIMO體制的近程三維成像方法，這種成像方法具有高分辨率、實時性好等特點。

技術領域

本發明涉及雷達成像、圖像處理領域，具體涉及了一種基于MIMO體制的近程三維成像裝置以及成像方法。

背景技術

近些年，國內外都競相利用毫米波技術檢查人體隱匿物，各種毫米波探測方法層出不窮，近程毫米波主動成像還屬于起步階段，國內市場上還沒有成熟產品，探測原理主要包括合成孔徑三維掃描探測系統和焦平面探測系統等等，但目前人體近程毫米波探測系統很少涉及MIMO體制的探測方法。

MIMO體制雷達是近年來雷達領域中發展起來的一種新興體制雷達，它在發射端和接收端均采用多天線結構，各個發射天線同時輻射相互正交的信號波形，接收端的每個天線接收所有發射信號并在后端進行信號分選，從而得到了遠多于實際收、發陣元數目的觀測通道和自由度。空間并存的多觀測通道使得MIMO雷達能夠實時采集攜帶有目標不同幅度、時延或相位的回波信息，這種并行多通道獲取信息的能力正是MIMO雷達的根本優勢所在。除了并行多通道，MIMO雷達所得觀測通道遠多于實際物理陣元數目，這相當于存在有許多的虛擬陣元，虛擬陣元可以擴展原有物理接收陣列的天線孔徑，最終得到大孔徑的等效陣列，因而MIMO雷達有實孔徑雷達難以相比的高方位分辨能力。利用單次“快拍”數據進行成像時無需時間積累，提高探測的實時性。

MIMO雷達概念模型分為(如圖1所示)發射端和接收端，發射端具備多發射天線、正交發射信號、全向輻射等特點，接收端的特征分為多接收天線、信號分選和聯合信號處理。

因此，是否可將MIMO雷達技術與毫米波成像技術相結合，這樣既可充分發揮MIMO雷達的實時性又同時兼備毫米波成像系統小體積、高方向性、抗干擾等特點，從而實現在復雜環境下對靜止目標、動態目標和非合作目標實現高分辨率的實時成像。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明旨在于提供一種基于MIMO體制的近程三維成像裝置及其成像方法，通過毫米波接收機面陣與多個發射天線的組成，可同時輻射相互正交的信號波形，接收端的每個天線接收所有發射信號并在后端進行信號分選，從而得到了遠多于實際收、發陣元數目的觀測通道和自由度，使空間并存的多觀測通道使得MIMO雷達能夠實時采集攜帶有目標不同幅度、時延或相位的回波信息。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于MIMO體制的近程三維成像裝置，包括N×N毫米波接收機面陣與同步發射機，所述N×N毫米波接收機面陣由N個毫米波接收機組成，所述同步發射機由M個發射天線組成；其中，所述M個發射天線分布設置于所述N×N毫米波接收機面陣的周緣且相互處于同一平面中。

本發明通過以下方法實現：

一種利用上述基于MIMO體制的近程三維成像裝置實現成像的方法，所述方法包括以下步驟：

S1對兩個方位維即x,y方向進行傅立葉變換，并找到合適的濾波函數并匹配濾波；

S2計算發現相空間三個維度發生改變后，通過stolt插值矯正相空間并均勻采樣；

S3采樣后進行相空間融合處理，最后通過逆傅立葉運算得到目標點的三維圖像；

根據上述步驟，即定義被測目標的坐標為(x,y,z),發射天線單元的坐標為(xt，yt，zt)，接受天線單元的坐標為(xr，yr，zr)，對于單個點目標成像，混頻之后的步進頻雷達回波信號可以表示為