[发明专利]一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法

说明书

本发明公开了一种针对雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，其主要步骤如下：首先，采用适合于多输入多输出(MIMO)雷达近场成像处理的滤波‑逆投影(MIMO‑FBP)算法，对多个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，并自动完成每个波段下的通道均衡化、方向图修正、传播衰减补偿和球面波前修正，得到各波段的低分辨率复图像；其次，通过二维快速傅里叶变换(2‑D FFT)将各波段的复图像变换到对应的数据域，并沿扇环进行重采样，得到各波段图像对应的扇环域数据；第三，对所得到的多波段扇环域成像数据以适当的方式融合，得到全波段MIMO超宽带成像数据；最后，采用传统FBP成像算法对融合后的全波段数据进行图像重建，由此得到全波段高分辨率图像。

技术领域

本发明涉及雷达成像处理技术领域，具体涉及一种针对MIMO(多输入多输出)雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法。

背景技术

MIMO雷达高分辨率近场诊断成像测量雷达是一种新体制成像雷达，具有系统便携性能好、成像测量与处理速度快、毋需目标作旋转运动即可实现对静止目标高分辨率快拍成像等优点。但是，MIMO成像雷达的工程化应用面临以下两方面的问题：

(1)MIMO成像雷达的方位向(横向距离)成像分辨率与MIMO天线在横向上的虚拟孔径尺寸成正比，同天线阵列与被测目标之间的距离成反比。横向距离分辨率δ_cr的计算式为：

式中，λ为雷达信号波长，L_vir为线性MIMO阵列虚拟孔径长度，R₀为目标到阵列中心的距离。

因此，为了实现对目标的横向距离高分辨率，要求满足以下两个条件之一：其一，MIMO天线阵列在横向上尺寸足够长，以便保证虚拟孔径L_vir足够长；其二，成像测量的距离不太远，也即成像测量往往是在近场条件下进行的。

(2)MIMO成像的径向距离分辨率取决于雷达发射与接收信号的带宽。径向距离分辨率δ_dr的计算式为：

式中，c为雷达波传播速度，B为雷达信号带宽。

由于MIMO雷达成像径向距离分辨率与雷达带宽成反比，高的距离分辨率要求大的雷达带宽。但是，由于MIMO雷达采用多个发射和多个接收单元的组合来获得横向高分辨率成像所需的大虚拟孔径L_vir，且一般在近场球面波前条件下进行成像测量，这使得在采用MIMO雷达对目标进行二维高分辨率精密诊断成像中，必须采取有效的测量和处理技术，消除MIMO雷达收发通道、天线阵元方向图、信号传播路径衰减、以及球面波前等因素对目标成像造成的不利影响。而在给定极化条件下，雷达的收发通道特性、天线方向图、传播路径衰减等均随雷达频率而变化，这导致MIMO成像雷达的图像处理必须针对一个较窄的频段范围内进行，即使MIMO阵列天线、雷达发射信号等覆盖的全频段带宽度足够宽，也难以通过传统的成像处理，实现全频段的高分辨率成像，影响了MIMO雷达成像系统的距离分辨率。

Liu等人在文献(Yongze Liu,Xiaojian Xu,and Guangyao Xu.MIMO RadarCalibration and Imagery for Near-Field Scattering Diagnosis.IEEE Transactionson Aerospace and Electronic Systems,Vol.54,No.1,pp.442-452,2018)中提出一种用于MIMO雷达近场测量成像的MIMO-FBP算法，但是由于没有解决全频段多波段下的雷达收发通道特性、天线方向图、传播路径衰减等同时校准的问题，仅能针对单个波段较窄频段范围内的MIMO测量数据进行成像处理，影响了MIMO成像的距离分辨率。

发明内容