[发明专利]一种基于MIMO技术和稀疏阵技术的三维成像方法

摘要

本发明提供了一种基于MIMO技术和稀疏阵技术的三维成像方法，设定用于三维成像的MIMO阵列中发射阵列与接收阵列参数，据此获得虚拟阵列，利用稀疏优化算法对MIMO阵列的虚拟接收阵进行稀疏优化，得到虚拟稀疏阵列；利用MIMO阵列发射信号并采集回波，根据虚拟稀疏阵列的阵型来配置并移除匹配滤波器，利用被保留下来的匹配滤波器将发射信号的拷贝和回波进行匹配滤波处理，并对匹配滤波输出进行波束形成；最后，处理所有的波束获得多个距离维上的二维强度图，并据此重构出目标的三维像。本发明能够在保持三维成像质量不下降的前提下有效降低运算量。

主权项

1.一种基于MIMO技术和稀疏阵技术的三维成像方法，其特征在于包括下述步骤：1)设定用于三维成像的MIMO阵列中发射阵列与接收阵列参数，据此获得虚拟阵列，利用稀疏优化算法对MIMO阵列的虚拟接收阵进行稀疏优化，得到虚拟稀疏阵列；2)利用MIMO阵列发射信号并采集回波，根据虚拟稀疏阵列的阵型来配置并移除匹配滤波器，利用被保留下来的匹配滤波器将发射信号的拷贝和回波进行匹配滤波处理，并对匹配滤波输出进行波束形成；最后，处理所有的波束获得多个距离维上的二维强度图，并据此重构出目标的三维像；所述的步骤1）中，设MIMO阵列有M个发射阵元和N个接收阵元；M个发射阵元同步发射相互独立的信号，针对N个接收阵元上的回波，用M个发射信号的拷贝对其进行匹配滤波处理，获得MN个匹配滤波输出，等效为1发MN收的虚拟阵列，其中，虚拟发射阵元位于坐标原点，虚拟接收阵元的坐标等于一对实际发射与接收阵元坐标之和；用x^t表示虚拟发射阵元的坐标，表示某个虚拟接收阵元的坐标，其表达式为xt=0x(m-1)N+nr=xtm+xrn,]]>其中，0代表原点的坐标向量，x_tm为第m（m=1,2,…，M）个发射阵元的坐标，x_rn为第n（n=1,2,···,N）个接收阵元的坐标；获得虚拟稀疏阵列的步骤为：a)设定初始值和算法的迭代次数，根据期望的稀疏率，给定稀疏阵列中的阵元个数，设定好期望的主瓣宽度和最大旁瓣级；b)根据稀疏阵中的阵元个数，随机地产生一个稀疏阵列，对该稀疏阵列进行判断，若该稀疏阵的波束性能优于上一次迭代所获稀疏阵列的波束性能，就将该稀疏阵列保留，否则，按照设定的概率接收该稀疏阵列；进入下一次迭代；c)经过多次迭代后，当保留的稀疏阵列波束图的主瓣宽度不超过期望的主瓣宽度，同时其最大旁瓣级不高于期望的最大旁瓣级时，则认为该稀疏阵列是最优的；否则，继续重复步骤b)直至获得满足要求的稀疏阵列；所述的步骤2）中，对于经过稀疏优化后虚拟阵列中保留下来的虚拟接收阵元坐标表示为其中，n₀代表虚拟稀疏阵中的被保留的虚拟接收阵元的编号，x_tm'和x_rn'分别为与该虚拟阵元对应的实际发射阵元和接收阵元坐标，m'和n'分别与m和n有相同的意义，MIMO阵列中第n'个接收阵元上的第m'个匹配滤波器需要保留，其匹配滤波输出对应着虚拟稀疏阵列中的第n₀个虚拟阵元；对与第m'个发射信号对应的匹配滤波器的冲击响应函数h_m'(t)＝[s_m'(T-t)]^c中的N₀个匹配滤波输出进行波束形成，第q个波束输出其中，为加权值。