[发明专利]基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

说明书

本发明提供了一种新的基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法。技术方案的基本思路是：通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个快拍三维图像进行相干处理，沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。技术方案包括下述三个步骤：第一步：获得多个快拍的三维成像；第二步：估计最佳的切片方向角度；第三步：提取有效切片重构三维图像。本发明与现有基于重排和插值的MIMO‑ISAR方法相比，得到的成像结果聚焦良好并能够有效抑制运动方向的旁瓣。

技术领域

本发明涉及MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output，多输入多输出)雷达三维成像领域，特别涉及基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法。

技术背景

雷达三维成像技术能够不依赖天候和天时实现对目标的高分辨率成像，从而为目标识别提供丰富的三维信息，因而在过去的几十年里引发了许多关注和研究。MIMO雷达作为一种多个发射天线和多个接收天线同时对目标进行观测的新体制雷达，其受MIMO通信技术的启发，能获取比实际天线阵元数目更多的观测通道，从而形成虚拟孔径，是近十年雷达领域的研究热点。

MIMO雷达的基本概念早在2004年的一些学术会议上就被提出。许多国内外学者研究了MIMO雷达对目标的检测和参数估计问题及其性能的改善和边界。随着探测分辨率的不断改善，MIMO雷达逐渐被拓展到成像领域。在成像领域中，对空中目标的三维成像观测是其应用的一个重要方面，朱宇涛等人于2011年提出了基于平面阵列的MIMO-ISAR(InverseSynthetic Aperture Radar，逆合成孔径雷达)三维成像方法，可以对空中目标进行实时三维成像，并且显著缩短成像积累时间，参见文献：Zhu Yu-tao,and Su Yi.A type of M2-transmitter N2-receiver MIMO radar array and 3D imaging theory[J].ScienceChina-Information Sciences,2011,54(10):2147–2157.。然而需要指出的是，上述这种方法是基于重排和填充的MIMO-ISAR三维成像方法，其对回波数据的均匀化填充是通过对邻近回波依距离相关性进行加权后估计得到的。这种估计的填充方法会引入误差，尤其是在数据较为稀疏的部分，估计误差的增大将不可避免地使成像发生散焦或产生虚假目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了提高MIMO雷达三维成像沿运动方向的方位分辨率，从多快拍图像联合利用的角度入手，提供了一种新的MIMO-ISAR三维成像方法。

本发明技术方案的基本思路是：通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个快拍三维图像进行相干处理，沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。

本发明的基本原理：对于面阵MIMO雷达，天线阵列等效的二维虚拟孔径可以获得两个方位向分辨率，发射的宽带信号可以实现距离向的高分辨率，从而在单次快拍形成三维图像。考虑到一个快拍下目标三维图像的两个方位向分辨率受面阵自身等效虚拟孔径的尺寸限制，本发明从联合利用空时观测信号入手，通过联合连续观测时间内的多个快拍三维图像进行相干处理来增大目标运动方向的等效观测孔径，从而提高目标运动方向的分辨率，最终得到目标高质量的三维图像。

本发明的技术方案是：基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法，利用面阵MIMO雷达发射和接收信号，总体流程如图1所示，包括下述三个步骤：

第一步：获得多个快拍的三维成像；

首先将雷达回波进行距离向脉冲压缩得到多个快拍的一维距离像，然后将多个快拍的一维距离像分别沿快拍内的两个方位向和快拍间的慢时间维依次进行运动补偿，运动补偿后的多个快拍一维距离像经过两个方位向二维傅里叶变换，得到对齐的若干个快拍三维图像。

第二步：估计最佳的切片方向角度；