[发明专利]一种基于MIMO阵列和稀疏阵列的扇扫成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阵列成像方法。

背景技术

王怀军（Wang H J,Lei W T,Huang C L,and Su Y,MIMO radar imaging model and algorithm,Chinese J.Electronics,2009;26(5):577-583.）和王党卫（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.）等人指出，多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output：MIMO）阵列可通过发射正交波形和匹配滤波处理来获得大量虚拟阵元。正是由于可获得虚拟阵元的优点，若是通过设计MIMO阵列的阵列参数使得虚拟阵列成为均匀直线阵，就可以将MIMO阵列运用于扇扫成像系统，从而达到使用较少的物理阵元来获得所需方位分辨率的目的。使用MIMO阵列不但可以明显减少扇扫成像系统中实际所需的阵元个数，同时也简化了其硬件复杂程度，有效降低系统成本。但是，MIMO阵列中虚拟阵元的获得是以接收端的匹配滤波处理为代价的，其获得的虚拟阵元个数与匹配滤波器的个数是相同的。因此，虽然将MIMO阵列应用于扇扫成像系统可减少实际使用的阵元个数，但接收端却需要使用大量的匹配滤波器，导致处理运算量急剧增加。

发明内容

为了克服现有技术MIMO阵列扇扫成像系统中运算量太大的缺点，本发明提出一种结合MIMO阵列和稀疏阵列的扇扫成像方法。该方法针对虚拟阵列为均匀直线阵的MIMO阵列，先将其虚拟直线阵优化为稀疏阵列，然后根据该稀疏阵列中剩余的阵元来配置匹配滤波器，达到减少MIMO阵列扇扫成像系统中的匹配滤波器个数并最终降低运算量的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)设定M发N收的MIMO阵列的参数，使得该MIMO阵列可等效为由单个发射阵元和MN个接收阵元组成的虚拟线列阵；利用稀疏优化算法对该MN元虚拟线列阵进行稀疏优化；

2)利用步骤1）中的MIMO阵列进行信号的发射与接收，根据经过稀疏优化的虚拟线列阵来移除对应的匹配滤波器，利用被保留下来的匹配滤波器对回波进行匹配滤波处理，并对匹配滤波输出进行波束形成；最后，对所有的波束输出进行强度提取，获得二维扇扫图；

所述的步骤1）中，M个发射阵元可同时发射相互独立的信号，用M个发射信号的拷贝对N个接收阵元上的回波进行匹配滤波，总共获得MN个匹配滤波输出，可以等效为1发MN收的虚拟阵列，虚拟发射阵元位于坐标原点，虚拟接收阵元的坐标等于一对实际发射与接收阵元坐标之和，用x^t表示虚拟发射阵元的坐标，表示某个虚拟接收阵元的坐标，其表达式为xt=0x(m-1)N+nr=xtm+xrn,]]>其中，0代表原点的坐标向量，x_tm为第m个发射阵元的坐标，x_rn为第n个接收阵元的坐标，m=1,2,…,M，n=1,2,…,N，