[发明专利]一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像方法及装置

说明书

本公开提供了一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像方法，包括：S1，构建用于三维成像的十字型MIMO阵列；S2，将发射宽带信号经目标点反射后得到回波信号；S3，对回波信号进行2D‑FFT变换得到波数域信号，并通过路径传播损耗补偿项处理得到传播补偿信号；S4，将各天线到目标点的距离分别垂直于x轴和y轴进行投影，并做Taylor展开得到传播补偿信号的Taylor展开形式；S5，将Taylor展开后的传播补偿信号在z方向做插值，并沿传播补偿信号的x轴和y轴两个维度方向做2D‑IFFT变换，得到空间波数域信号；S6，将空间波数域信号进行校正，并将该校正后的空间波数域信号沿其z轴维度做1D‑IFFT变换，得到目标的三维成像结果。本公开还提供了一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像装置。

技术领域

本公开涉及MIMO阵列三维成像信号处理技术领域，具体涉及一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像方法及装置。

背景技术

MIMO三维成像现广泛用于机场安检、穿墙雷达、探地雷达等领域，面阵是其中一种比较经典的天线布阵结构，它能实时对目标进行成像。目前的研究都旨在用较少的发射接收天线来获得较高分辨率的三维成像结果，那么成像算法成了学者们研究的热点，成像算法能在很大程度上提高成像的结果以及效率。迄今为止已经有了很多关于面阵三维成像的算法，主要分为时域和频域，其中大部分为平面内均匀分布发射天线和接收天线的结构，这种情况下，天线不仅没有得到最高的利用效率，而且在硬件上实施起来较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像方法及装置，该方法采用基于十字型MIMO阵列结构，使得平面上MIMO雷达利用率较高，能够实现高效的波数域三维成像结果。

本公开的第一个方面提供了一种基于十字型MIMO阵列的波数域三维成像方法，包括：S1，构建用于三维成像的MIMO阵列，该MIMO阵列包括：N_T个发射天线及N_R个接收天线，其中，N_T个发射天线及N_R个接收天线垂直分布构成十字型结构；S2，采用N_T个发射天线发射宽带信号，并经目标所处的目标点反射后得到回波信号，其中，该回波信号被N_R个接收天线接收；S3，对回波信号进行2D-FFT变换得到波数域信号，并通过路径传播损耗补偿项处理得到传播补偿信号；S4，将N_T个发射天线及N_R个接收天线到目标点的距离分别垂直于x轴和y轴方向进行投影，并将其投影分别在目标中心点做Taylor展开，得到传播补偿信号的Taylor展开形式；S5，将Taylor展开后的传播补偿信号在z方向做插值处理得到插值信号，并将插值后的信号沿传播补偿信号的x轴和y轴两个维度方向做2D-IFFT变换，得到空间波数域信号；S6，将空间波数域信号乘以残余补偿项对同一距离平面内x、y进行校正，得到校正后的空间波数域信号，并将该校正后的空间波数域信号沿其z轴维度做1D-IFFT变换，得到该目标的三维成像结果。

进一步地，S1中N_T个发射天线及N_R个接收天线等间距排布，其间距分别为d_T和d_R，其中，d_T及d_R均小于宽带信号中心频率对应的半波长。

进一步地，S2中接收天线接收的回波信号S₁(x_T，，y_R，x)满足以下关系：

其中，发射天线位于(x_T，0)处，接收天线位于(0，y_R)处，O(x′，y′，z′)为目标点的反射率，k为宽带信号不同发射频率所对应的波数，发射天线到目标距离和目标到接收天线的距离满足以下关系：