[发明专利]近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置

说明书

本申请涉及一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置，所述方法包括：在预设直角坐标系下获取目标散射的球面波信号，将其分解为平面波信号，根据成像聚焦约束条件沿阵列扫描方向将平面波信号转换为波数域信号，将该波数域信号在x‑y平面上进行后向投影并转换为空间域信号，根据发射阵列和接收阵列间的距离补偿空间域信号，得到目标的三维全聚焦成像结果。本方法适用于近场快速成像场景，不限制成像设备信号发射阵列和接收阵列的位置和分布，适用于稀疏MIMO扫描阵列，可降低成像设备成本；在阵元位置变化或损坏时，仍可获得快速、全聚焦的成像结果；还可避免后向投影算法处理稀疏扫描阵列时成像时间长、设备昂贵的问题。

技术领域

本申请涉及雷达信号处理技术和雷达成像技术领域，特别是涉及一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置。

背景技术

随着交通运输、公共安全等领域对安全监控方面要求的提高，部署能够探测隐藏威胁的监视系统越来越迫切。在这一领域，基于近场毫米波的MIMO机械扫描阵列是实现隐藏目标探测和成像的一种重要手段。在这一成像场景下，天线合成孔径长度和天线到目标的距离通常在相同数量级，因此远场的平面波假设不再适用。

然而，针对MIMO阵列的成像算法大多假设目标在远场区域，并采用平面波假设。另一方面，对于近场应用中使用的球面波模型，目前的大部分快速成像方法在将球面波分解为平面波的过程中，对发射阵列或者接收阵列的位置有约束，例如要求天线阵列在同一直线上且发射阵列或接收阵列均匀分布，如果实际应用场景中的阵列位置不满足要求，或因阵元损坏等原因发生未知变化，这些算法就会因无法满足位置约束条件而不再适用。而对于此类稀疏分布的发射阵列和接收阵列构型，采用基于后向投影算法（back-projectionalgorithm, BP）能够获得良好的成像效果，但是成像过程的时间花费十分巨大，进而导致需要昂贵的并行计算设备以达到实时成像的需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用于MIMO近场应用场景且不受发射阵列或接收阵列位置约束的近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置。

一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，所述方法包括：

在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。

根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。

将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。

其中一个实施例中，在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号的步骤包括：

在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。

根据近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及回波信号，得到经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。

其中一个实施例中，根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号的步骤包括：

以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。

将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。