[发明专利]一种基于MIMO和压缩感知技术的三维雷达成像方法

说明书

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于MIMO和压缩感知技术的三维雷达成像方法。包括：MIMO阵列天线的发射机发射若干宽带脉冲信号，MIMO阵列天线的接收阵元根据若干宽带脉冲信号得到若干雷达脉冲回波信号；进行数字随机移相处理得到若干移相后信号；进行数字波束形成处理得到若干波束形成后的信号；对若干波束形成后信号进行脉冲压缩处理得到若干多脉冲信号；利用电磁信号传播规律得到若干对应压缩感知采样矩阵；构建压缩感知等式；利用压缩感知信号重建算法实现目标后向散射系数重建到雷达三维成像。本发明基于采用低成本的MIMO天线，大幅降低的雷达系统的设计与制造成本；本发明采用压缩感知技术相比现有技术大幅提升了三维成像结果的横向分辨率。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于MIMO和压缩感知技术的三维雷达成像方法。

背景技术

微波雷达成像技术由于其不受天气、天时的影响，能全天时、全天候、高分辨地对感兴趣区域进行观测，已经成为国防侦查、遥感测绘、智能感知等领域获取信息的重要手段。

自雷达成像技术被提出以来，合成孔径雷达(SAR，synthetic aperture radar)成像技术与逆合成孔径雷达(ISAR，inverse synthetic aperture radar)成像技术始终在很长一段时间内占据着雷达成像领域的主流地位。SAR系统与ISAR系统的探测距离、成像分辨率和观测范围等性能也都逐步提高。进入21世纪后，随着雷达成像应用领域的研究不断拓展和深入，越来越多的观测感知任务对雷达成像的性能指标提出了更为苛刻的要求，不仅要求雷达图像具有更高的分辨率，还要求雷达能够实现多角度成像和三维成像，以及雷达系统的低成本实现，这就在系统成本、成像视角、成像维度等方面对雷达成像技术提出了新的挑战。

目前，主流的合成孔径雷达成像技术的核心是在有限孔径的单天线信号收发基础上，利用目标与雷达的相对运动通过雷达信号处理算法等效为大的合成孔径，从而实现较高的分辨率。由于其对相对运动的依赖，不能实现在雷达载体与目标相对运动方向的任意角度成像，极大地限制了微波成像的范围，并且难以实现三维成像。而实孔径成像等技术因为其成像分辨率极大程度上取决于天线孔径大小，在雷达载体有限的空间下难以实现高分辨率成像。现有的基于相控阵雷达的三维雷达成像技术因为其相控阵雷达系统研发制造成本过高而不能大规模普及应用。因此如何利用有限的载体空间内有限孔径的天线，建立有效的低成本的多角度高分辨三维雷达成像方法成为微波波段探测感知领域急需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于MIMO和压缩感知技术的三维雷达成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于MIMO和压缩感知技术的三维雷达成像方法，包括：

MIMO阵列天线的发射机发射若干宽带脉冲信号，MIMO阵列天线的接收阵元根据所述若干宽带脉冲信号得到若干雷达脉冲回波信号；

对所述若干雷达脉冲回波信号进行数字随机移相处理得到若干移相后信号；

对所述若干移相后信号进行数字波束形成处理得到若干波束形成后的信号；

对所述若干波束形成后信号进行脉冲压缩处理得到若干多脉冲信号；

根据所述若干多脉冲信号利用电磁信号传播规律以及信号处理法则仿真得到若干对应压缩感知采样矩阵；

根据所述若干多脉冲信号和所述若干多脉冲信号对应的所述若干压缩感知采样矩阵构建压缩感知等式；

根据所述压缩感知等式利用压缩感知信号重建算法实现目标后向散射系数重建到雷达三维成像。

在本发明的一个实施例中，所述若干宽带脉冲信号表达式为：