[发明专利]一种综合MIMO雷达和ISAR的目标检测和成像方法

说明书

本发明提出一种综合MIMO雷达和ISAR的目标检测和成像方法，涉及雷达的目标检测和成像领域；具体为：首先、构建基于ISAR和MIMO雷达的应用场景，TX射频组件和RX射频组件组成MIMO雷达天线阵面，TX射频组件对待检测目标分时发送线性调频LFM信号；经过时延产生回波信号；通过对回波信号进行去斜操作，得到时域回波信号；然后，对时域回波信号进行MIMO信号处理，得到待检测目标的距离、速度、方位角度和信噪比；同时，对时域回波信号进行ISAR信号处理，得到待检测目标的距离，速度和高度；最后，将MIMO信号处理的结果和ISAR信号处理的结果相结合，得出最终的目标检测结果和成像结果。本发明提高了雷达的空间采样能力，降低了相干积累时间和阵元的复杂度。

技术领域

本发明涉及雷达的目标检测和成像领域，尤其涉及一种综合多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)雷达和逆合成孔径雷达(Inverse SyntheticAperture Radar，ISAR)的目标检测和成像方法。

背景技术

雷达(Radar，Radio Detection And Ranging)作为一种目标探测和跟踪工具，在军事、民用和气象领域均有应用。不仅可以用来检测合作目标，由于雷达在射线方向具有高分辨率，所以也可以用来检测非合作目标，通过对空中目标、地面目标和海面目标等进行成像，在军事领域和民用领域都具有很大的应用价值。

MIMO雷达是指具有多个TX天线和多个RX天线的雷达，由于雷达角度分辨率与接收天线阵列的孔径大小相关，孔径越大，分辨率越高。因此，当RX天线数目越多，雷达角度分辨率越高。MIMO雷达利用其多发多收体制形成的虚拟天线阵元替代实际天线阵元，只需要少数物理阵元并采用相应的阵元放置方法，即可达到与实孔径雷达阵列基本一致的成像和检测效果，极大减少成本和天线布阵难度。

合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)和逆合成孔径雷达(ISAR，Inverse Synthetic Aperture Radar)是两种重要的成像雷达。原理都是通过目标与雷达之间的相对运动来获得方位维的高分辨率，通过大的带宽信号来获得距离维的高分辨率。而SAR和ISAR在处理雷达接收信号和产生聚焦图像的方式上不同，ISAR主要通过大信号带宽获得距离向高分辨，通过雷达和目标的相对运动获得横向的分辨率，可以对运动目标成像，因此ISAR可以处理一些SAR不能处理的目标。

SAR的本质是：雷达运动，目标静止；雷达和目标的相对运动在方位维上合成的有效天线孔径远远大于雷达实孔径的尺寸，使得合成孔径雷达的方位维分辨率突破实孔径天线在方位维的分辨率限制。SAR广泛运用于对地面目标成像或者地形测绘等静止的大场景，对于场景中的运动目标却无法正常聚焦，而往往这些场景中的运动目标，例如车辆、飞机或舰船等更具有军事和民用价值。

而ISAR的本质是：成像的目标运动，雷达静止；雷达通过采集目标回波进行成像。这种模式可以获得非合作运动目标的高分辨率，成像逆合成孔径雷达主要固定在地面上，也可以搭载在飞机上或者舰船上，对地面、空中或者海面上的运动目标进行成像。

单纯利用MIMO技术虽然可以实现单次快拍成像，但其需要的物理阵元个数仍然很多,尤其是MIMO技术中的发射信号要求时域正交，过多的发射阵元就意味着更为复杂的正交信号设计和阵列设计，同时也给成像处理带来很大的不便。ISAR成像方法很多，比如常见的有距离多普勒(Range Doppler，RD)算法、距离瞬时多普勒(Range-InstantaneousDoppler，RID)算法。

ISAR成像新方法有超分辨成像算法、大转角成像算法、压缩感知成像算法及三维成像算法等，为获得高横向分辨率，雷达需要较长的相干积累时间，而目标的运动随着时间变化，变化的不确定性给运动补偿和目标分离带来很大的困难，所用算法通常运算量极大。

发明内容