[发明专利]MIMO-FDA探地雷达近目标二维成像方法

说明书

本发明公开一种MIMO‑FDA探地雷达近目标二维成像方法，首先，通过构造多发多收的频率分集阵列发射和接收电磁波信号；其次，将得到的回波信号进行匹配滤波，得到基带回波信号；然后，将处理得到的回波数据表示成矢量形式，并构建一个与之相关的扫描权矢量；最后，通过构造的扫描矢量对回波数据进行扫描，得到扫描输出，遍历整个成像空间，对水平距离和垂直距离进行逐点计算，即可完成该区域内的二维成像。本发明利用波束扫描的方法，并结合多发多收的FDA雷达，实现了地下近场目标的二维定位成像。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，具体涉及一种MIMO-FDA(Multiple InputMultiple Output-Frequency Diverse Array，多发多收频率分集阵列)探地雷达近目标二维成像方法。

背景技术

频率分集阵列与普通均匀线阵相比，由于其相邻阵元间存在一个远小于基准载频的偏置，这使得它的波束方向图与距离、角度和时间都有关系。这一特性使得它在雷达目标探测领域有着巨大的优势。

探地雷达成像技术在军事和民用领域都有着广泛的应用需求。传统的探地雷达成像技术有合成孔径雷达、相控阵雷达实孔径成像等，它们都是通过发射宽带信号或脉冲压缩信号来获得距离向的高分辨率。然而，传统方法通过逆散射实现地下目标成像定位，需要计算复杂的格林函数和使用泛函方法降低误差，计算方法复杂，并且误差仍然较大，不能有效的实现遮挡的多目标成像定位。

发明内容

本发明针对传统探地雷达在存在遮挡的情况下，无法对地下多目标进行有效成像的问题，提供一种MIMO-FDA探地雷达近目标二维成像方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

MIMO-FDA探地雷达近目标二维成像方法，包括步骤如下：

步骤1.构造多发多收的频率分集阵列；

步骤2.利用步骤1构造的频率分集阵列对成像空间进行扫描，得到所有回波信号；

步骤3.对步骤2得到的所有回波信号分别进行匹配滤波，得到基带回波信号；

步骤4.将步骤3得到的所有基带回波数据表示成矢量形式，并构建扫描权矢量；

步骤5.利用步骤4构建的扫描权矢量进行波束扫描，得到扫描输出，遍历整个成像空间，对水平距离和垂直距离进行逐点计算，即可完成该区域内的二维成像。

上述步骤1所构造的频率分集阵列的各个阵元既接收自身发出的信号，又接收其他各阵元发出的信号。

上述步骤1中，构造的频率分集阵列的每个阵列的发射频率依次线性增加，则第n个阵元发射信号的载频f_n为：

f_n＝f₀+nΔf

式中，f₀为频率分集阵列的基准载频，Δf为频率分集阵列的初始频率偏置，n＝0,1,…,N-1，N为频率分集阵列的阵元个数。

上述步骤2中，第m个阵元接收的回波信号y_m(t)为：

式中，σ_p为目标的散射系数，f_n为第n个阵元发射信号的载频，X_p为观测目标点与频率分集阵列的参考阵元的水平方向即阵列方向的距离，Z_p为观测目标点与频率分集阵列参考阵元的垂直方向即深度方向的距离，d为频率分集阵列的阵元间隔，v为电磁波在地下介质中的传播速度，n_m(t)为第m个阵元接收到的高斯白噪声，m＝0,1,…,N-1，N为频率分集阵列的阵元个数。

上述步骤3的具体步骤为：