[發(fā)明專利]基于IFFT和混合匹配追蹤的時(shí)分地基MIMO滑坡雷達(dá)成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711453838.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN107957574B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣留兵;楊中麗;車?yán)?/a>;宋永坤;劉永吉;李驄
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 周雯

本發(fā)明公開了基于IFFT和混合匹配追蹤的時(shí)分地基MIMO滑坡雷達(dá)成像方法，用于解決現(xiàn)有山體滑坡監(jiān)測領(lǐng)域成像方法所用天線數(shù)目多、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度高的問題，并針對多目標(biāo)成像的偽影點(diǎn)問題引入混合匹配追蹤算法，大大改善成像質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)步驟為：構(gòu)造等效隨機(jī)稀疏收發(fā)陣列；建立回波信號(hào)采集模型；距離向壓縮處理；方位向壓縮處理；完成二維目標(biāo)高分辨成像。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少陣列數(shù)目，降低硬件成本；降低了數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度；提高了距離向和方位向分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于山體滑坡監(jiān)測雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于IFFT和混合匹配追蹤的時(shí)分地基MIMO滑坡雷達(dá)成像方法。

背景技術(shù)

山體滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，對鐵路、公路建設(shè)及維護(hù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的危害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年自然災(zāi)害造成的人員死亡和失蹤人數(shù)中約有六分之一來自于滑坡災(zāi)害，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失。因此山體滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測研究是近年來災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域重要的研究方向，也具有現(xiàn)實(shí)意義。

地基雷達(dá)由于其穩(wěn)定可控且可長期重復(fù)觀測的特點(diǎn)，近年來已成為探測露天礦邊坡形變、城區(qū)沉降、山體滑坡等領(lǐng)域的重要應(yīng)用方向。本發(fā)明主要針對山體滑坡監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)——地基雷達(dá)成像進(jìn)行研究。現(xiàn)有兩大典型成像系統(tǒng)應(yīng)用在山體滑坡監(jiān)測領(lǐng)域：意大利的Joint Research Centre研制的LISA(Linear SAR)成像系統(tǒng)、佛羅倫薩大學(xué)和意大利IDS公司合作研制的GBInSAR(Ground Based InSAR)系統(tǒng)IBIS(Image By InterferometrySurvey)。這些成像系統(tǒng)通過雷達(dá)天線在水平直軌道運(yùn)動(dòng)獲得較高的方位向分辨率，但是天線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)會(huì)影響測量的精度，也限制了雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集速度。

MIMO雷達(dá)利用其多發(fā)多收體制形成的虛擬天線陣元替代實(shí)際天線陣元，可以很好的解決合成孔徑的問題。然而傳統(tǒng)的成像算法，如距離多普勒算法和CS(Chirp Scaling)算法由于雷達(dá)結(jié)構(gòu)的特殊性不再適用。后向投影算法，又稱BP成像算法，是一種時(shí)域成像算法，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，不會(huì)束縛MIMO雷達(dá)天線陣列的自由布陣。BP算法大量的運(yùn)用在MIMO雷達(dá)成像，然而標(biāo)準(zhǔn)BP算法的成像效率較低。把波束形成算法引入BP成像中，可以進(jìn)一步提高成像算法效率，但需要的天線數(shù)目仍然較多。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，在山體滑坡監(jiān)測雷達(dá)領(lǐng)域，采用的仍是經(jīng)典的均勻線性布陣方式，稀疏陣列下的地基MIMO雷達(dá)成像技術(shù)仍待進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供基于IFFT和混合匹配追蹤的時(shí)分地基MIMO滑坡雷達(dá)成像方法，用于解決現(xiàn)有山體滑坡監(jiān)測領(lǐng)域成像方法所用天線數(shù)目多、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度高的問題，并針對多目標(biāo)成像的偽影點(diǎn)問題引入混合匹配追蹤算法，大大改善成像質(zhì)量。

其原理是構(gòu)造等效隨機(jī)稀疏收發(fā)陣列，通過分時(shí)發(fā)射和接收步進(jìn)頻連續(xù)波信號(hào)建立時(shí)分地基MIMO雷達(dá)回波信號(hào)采集模型，對采集到的回波信號(hào)通過逆傅里葉變換完成距離向壓縮，構(gòu)造合適的測量矩陣和基于時(shí)延補(bǔ)償因子的稀疏基，利用混合匹配追蹤算法對距離壓縮完的數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向壓縮實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的二維高分辨成像。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的以下技術(shù)方案。

基于IFFT和混合匹配追蹤的時(shí)分地基MIMO滑坡雷達(dá)成像方法，包括以下步驟：

步驟1)構(gòu)造等效隨機(jī)稀疏收發(fā)陣列，所述構(gòu)造等效隨機(jī)稀疏收發(fā)陣列的方法為MIMO雷達(dá)是M發(fā)N收的均勻陣列，原始接收天線間隔為λ/2，發(fā)射天線間隔為N(λ/2)，λ是發(fā)射波波長，并指定接收陣列稀疏布置，從原始N個(gè)接收陣列中隨機(jī)選取N'個(gè)，為保證陣列孔徑長度足夠大，第一個(gè)和最后一個(gè)接收天線位置不變，根據(jù)得到的N'個(gè)稀疏接收陣元和M個(gè)均勻的發(fā)射陣元，利用多項(xiàng)式理論得到MN'個(gè)虛擬陣元；

步驟2)構(gòu)造時(shí)分地基MIMO雷達(dá)回波信號(hào)采集模型，所述的信號(hào)為分時(shí)發(fā)射和接收步進(jìn)頻連續(xù)波信號(hào)，所述分時(shí)發(fā)射和接收步進(jìn)頻連續(xù)波信號(hào)的方法包括以下步驟：

步驟2-1，由信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生步進(jìn)頻連續(xù)波信號(hào)，設(shè)發(fā)射信號(hào)中單個(gè)脈沖表示為S(t)，