[发明专利]基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像方法，其包括以下步骤：S1、向目标发送宽带信号，并接收所述宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号；S2、将所述原始回波信号变换到MIMO阵列方向以及合成孔径方向所对应的空间频率域，确定原始空间谱；S3、将所述原始空间谱结合相位偏移因子，确定包括距离向的总空间谱；以及S4、根据所述总空间谱确定目标的成像函数。本发明还涉及一种基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像装置。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像方法及装置。

背景技术

雷达三维实时成像装置最常用的是通过二维阵列实现方位向快速聚焦，以及通过宽带信号实现距离向的聚焦。然而在频段比较高的应用场景下，例如毫米波太赫兹频段，二维阵列由于阵元个数较多，在现有条件下，给系统增加了诸多成本，尤其是目前毫米波太赫兹器件本身成本就相对较高。虽然只采用单个阵元进行二维扫描，结合宽带信号也可获取三维聚焦图像，但是数据的获取时间太长，做不到实时成像。

结合MIMO阵列与合成孔径技术的多输入多输出合成孔径雷达(Multiple InputMultiple Output Synthetic Aperture Radar，MIMO-SAR)，可减少阵元个数，降低系统成本。然而目前基于此装置的成像算法，不能同时满足高精度成像与快速成像的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像方法及装置，以解决上述的至少一项技术问题。

本发明的一方面，提供了一种基于MIMO阵列合成孔径的高精度三维快速成像方法，包括如下步骤：

S1、向目标发送宽带信号，并接收所述宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号；

S2、将所述原始回波信号变换到MIMO阵列方向以及合成孔径方向所对应的空间频率域，确定原始空间谱；

S3、将所述原始空间谱结合相位偏移因子，确定总空间谱；以及

S4、根据所述总空间谱确定目标的成像函数。

在一些实施例中，在步骤S1中，构建三维坐标系，以x方向表示MIMO阵列方向，y方向表示合成孔径方向，z方向表示距离向，所述原始回波信号为：

S(x_t，x_r，y，0，k)

其中，MIMO阵列的发射天线位于(x_t，y，z)处，接收天线位于(x_r，y，z)处，k为所述宽带信号不同发射频率所对应的波数，MIMO阵列合成孔径所在的平面的距离向位于z＝0处。

在一些实施例中，在步骤S2中，通过对所述原始回波信号进行三维傅里叶变换以将所述原始回波信号变换到MIMO阵列方向以及合成孔径方向所对应的空间频率域，得到的所述原始空间谱的公式为：

其中，k_xt，k_xr，k_y分别表示x_t，x_r，y对应的空间频率域坐标。

在一些实施例中，步骤S3包括：

S31、根据空间频率域的坐标关系将所述原始空间谱结合相位偏移因子，得到初始总空间谱；

S32、对初始总空间谱进行数据重排，并将重复的空间频率域坐标对应的空间谱能量进行叠加，得到总空间谱。

在一些实施例中，在步骤S31中：

所述相位偏移因子为exp(jk_zz)，