[發明專利]基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201810577125.9
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108761457B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李超;高航;吳世有;張群英;劉小軍;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

本發明公開了一種基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像方法，其包括以下步驟：S1、向目標發送寬帶信號，并接收所述寬帶信號經過目標散射后得到的原始回波信號；S2、將所述原始回波信號變換到MIMO陣列方向以及合成孔徑方向所對應的空間頻率域，確定原始空間譜；S3、將所述原始空間譜結合相位偏移因子，確定包括距離向的總空間譜；以及S4、根據所述總空間譜確定目標的成像函數。本發明還涉及一種基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像裝置。

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像方法及裝置。

背景技術

雷達三維實時成像裝置最常用的是通過二維陣列實現方位向快速聚焦，以及通過寬帶信號實現距離向的聚焦。然而在頻段比較高的應用場景下，例如毫米波太赫茲頻段，二維陣列由于陣元個數較多，在現有條件下，給系統增加了諸多成本，尤其是目前毫米波太赫茲器件本身成本就相對較高。雖然只采用單個陣元進行二維掃描，結合寬帶信號也可獲取三維聚焦圖像，但是數據的獲取時間太長，做不到實時成像。

結合MIMO陣列與合成孔徑技術的多輸入多輸出合成孔徑雷達(Multiple InputMultiple Output Synthetic Aperture Radar，MIMO-SAR)，可減少陣元個數，降低系統成本。然而目前基于此裝置的成像算法，不能同時滿足高精度成像與快速成像的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像方法及裝置，以解決上述的至少一項技術問題。

本發明的一方面，提供了一種基于MIMO陣列合成孔徑的高精度三維快速成像方法，包括如下步驟：

S1、向目標發送寬帶信號，并接收所述寬帶信號經過目標散射后得到的原始回波信號；

S2、將所述原始回波信號變換到MIMO陣列方向以及合成孔徑方向所對應的空間頻率域，確定原始空間譜；

S3、將所述原始空間譜結合相位偏移因子，確定總空間譜；以及

S4、根據所述總空間譜確定目標的成像函數。

在一些實施例中，在步驟S1中，構建三維坐標系，以x方向表示MIMO陣列方向，y方向表示合成孔徑方向，z方向表示距離向，所述原始回波信號為：

S(x_t，x_r，y，0，k)

其中，MIMO陣列的發射天線位于(x_t，y，z)處，接收天線位于(x_r，y，z)處，k為所述寬帶信號不同發射頻率所對應的波數，MIMO陣列合成孔徑所在的平面的距離向位于z＝0處。

在一些實施例中，在步驟S2中，通過對所述原始回波信號進行三維傅里葉變換以將所述原始回波信號變換到MIMO陣列方向以及合成孔徑方向所對應的空間頻率域，得到的所述原始空間譜的公式為：

其中，k_xt，k_xr，k_y分別表示x_t，x_r，y對應的空間頻率域坐標。

在一些實施例中，步驟S3包括：

S31、根據空間頻率域的坐標關系將所述原始空間譜結合相位偏移因子，得到初始總空間譜；

S32、對初始總空間譜進行數據重排，并將重復的空間頻率域坐標對應的空間譜能量進行疊加，得到總空間譜。

在一些實施例中，在步驟S31中：

所述相位偏移因子為exp(jk_zz)，