[發(fā)明專利]一種MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011204661.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN112649806B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉楠;楊明磊;王曉冉;陳曉玲;黎鵬斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/89
• 分類號(hào): G01S13/89;G01S7/41;G01S7/42
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明公開了一種MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法，包括：S1：獲取目標(biāo)回波信號(hào)；S2：對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行去斜、重構(gòu)以及加窗處理，得到虛擬陣列加窗后的差拍信號(hào)；S3：按照三維形式將成像區(qū)域劃分為若干網(wǎng)格，并計(jì)算雷達(dá)的不同陣元到不同方位向及距離向位置上的網(wǎng)格點(diǎn)的時(shí)延；S4：根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)的時(shí)延，得到虛擬陣列的相位補(bǔ)償向量；S5：根據(jù)虛擬陣列的相位補(bǔ)償向量對(duì)虛擬陣列加窗后的差拍信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行相干疊加和加窗疊加，得到該網(wǎng)格點(diǎn)處的回波強(qiáng)度值；S6：重復(fù)步驟S4?S5，遍歷整個(gè)成像區(qū)域，以完成圖像的重建。本發(fā)明提供的MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法避免了孔徑渡越效應(yīng)的影響，保證了近場(chǎng)三維成像結(jié)果的正確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法。

背景技術(shù)

近年來，雷達(dá)近場(chǎng)探測(cè)技術(shù)逐漸成為雷達(dá)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)問題之一，近場(chǎng)雷達(dá)可以應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，例如；穿墻探測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、近距離無損檢測(cè)等。目前，雷達(dá)工作于近場(chǎng)條件下時(shí)，基本是以探測(cè)為主，成像的應(yīng)用較少。

在陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，由于計(jì)算復(fù)雜度的原因，常常以遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)來降低計(jì)算復(fù)雜度，但隨著成像場(chǎng)景的多元化，對(duì)于近場(chǎng)條件下成像精度的要求也在不斷提高，不適合再按照遠(yuǎn)場(chǎng)的信號(hào)模型進(jìn)行處理。現(xiàn)有的基于波束形成的近場(chǎng)成像算法，其主要采用先對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離向壓縮，然后近場(chǎng)波束形成的方法實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)成像。

然而，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像結(jié)果，則需要大孔徑的陣列。而當(dāng)陣列孔徑比較大的時(shí)候，采用先距離向壓縮，后近場(chǎng)波束形成的方法在成像時(shí)會(huì)出現(xiàn)孔徑渡越效應(yīng)，從而導(dǎo)致成像結(jié)果與目標(biāo)的真實(shí)位置錯(cuò)開，使成像結(jié)果失真。此外，現(xiàn)有的近場(chǎng)三維成像算法需要分別完成距離向壓縮和近場(chǎng)波束形成兩步，算法步驟較多，過程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種MIMO雷達(dá)近場(chǎng)三維成像方法，包括：

S1：獲取目標(biāo)回波信號(hào)；其中，所述目標(biāo)回波信號(hào)為多個(gè)發(fā)射陣元按照分時(shí)方式分別發(fā)出的調(diào)頻連續(xù)波的目標(biāo)回波信號(hào)；

S2：對(duì)所述目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行去斜、重構(gòu)以及加窗處理，得到虛擬陣列加窗后的差拍信號(hào)；

S3：按照三維形式將成像區(qū)域劃分為若干網(wǎng)格，并計(jì)算雷達(dá)的不同陣元到不同方位向及距離向位置上的網(wǎng)格點(diǎn)的時(shí)延；

S4：根據(jù)所述網(wǎng)格點(diǎn)的時(shí)延，得到虛擬陣列的相位補(bǔ)償向量；

S5：根據(jù)所述虛擬陣列的相位補(bǔ)償向量對(duì)所述虛擬陣列加窗后的差拍信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)所述網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行相干疊加和加窗疊加，得到該網(wǎng)格點(diǎn)處的回波強(qiáng)度值；

S6：重復(fù)步驟S4-S5，遍歷整個(gè)成像區(qū)域，以完成圖像的重建。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述目標(biāo)回波信號(hào)的表達(dá)式為：

其中，s(·)表示目標(biāo)回波信號(hào)，T_p表示第p個(gè)發(fā)射陣元，1≤p≤P，P表示發(fā)射陣元個(gè)數(shù)，n_i表示第i個(gè)散射點(diǎn)，1≤i≤I，I表示散射點(diǎn)個(gè)數(shù)，R_q表示第q個(gè)接收陣元，1≤q≤Q，Q表示接收陣元個(gè)數(shù)，表示快時(shí)間，A表示回波強(qiáng)度，τ表示回波時(shí)延，f_c表示雷達(dá)的工作頻率，γ表示調(diào)頻斜率，T_FM表示調(diào)頻周期。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟S2包括：

S21：對(duì)所述目標(biāo)回波信號(hào)與參考信號(hào)做去斜處理，得到去斜后的差拍信號(hào)；

S22：根據(jù)發(fā)射陣元間的關(guān)系對(duì)所述去斜后的差拍信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到虛擬陣列對(duì)應(yīng)的差拍信號(hào)；