[发明专利]一种用于大孔径MIMO阵列的低运算量混和波束形成方法

摘要

本发明提供了一种用于大孔径MIMO阵列的低运算量混和波束形成方法，离线优化MIMO阵列中接收直线阵的孔径，在获得期望的MIMO阵列有效孔径的前提下保证接收直线阵孔径足够小；利用离线处理在发射直线阵上运用移边带波束形成，在不同波束指向角上对各发射波形进行延迟求和，获得多个角度上的输出；对优化后的接收直线阵上回波直接运用相移波束形成，同时波束指向角与离线处理中的等效发射波束形成指向角保持一致；利用离线处理中移边带波束形成的输出对相移波束形成输出进行匹配滤波；提取匹配滤波输出的强度，获得目标的强度像。本发明可以在保持大孔径MIMO阵列高分辨成像性能的前提下，使得回波在线处理运算量显著降低。

主权项

一种用于大孔径MIMO阵列的低运算量混和波束形成方法，其特征在于包括下述步骤：1)MIMO阵列由M元发射直线阵和N元接收直线阵组成，发射直线阵和接收直线阵均位于x轴上，且发射直线阵孔径和接收直线阵孔径分别表示为Lt和Lr，MIMO阵列的孔径LMIMO＝Lt+Lr；接收直线阵孔径其中，c为信号传播速度，B0为信号的有效带宽，θQ为波束指向角到阵列法线夹的最大角度；M元发射直线阵发射M个正交信号sm(t)，m＝1,2,…,M，其中，t表示时间；利用移边带波束形成对该M个发射信号进行延迟求和；当等效发射波束形成的主瓣指向θq角度时，第m个发射信号上的时延其中，xt,m为第m个发射阵元的x坐标；第q个等效发射波束形成的输出其中，为第m个发射信号sm(t)经过频带搬移后的结果，为第m个发射信号上的复加权，bm为第m个发射信号上的幅度加权，fD为用于频带搬移的参考信号的中心频率；2)将目标建模为P个理想的离散点，第p个散射点到所有发射和接收阵元的角度相同，p＝1,2,…,P；第n个接收阵元上的接收信号xn(t)=Σp=1PσpΣm=1Msm(t-τt,mp-τr,np)+n(t),]]>其中，σp为第p个散射点的散射强度，为第p个散射点到第n个接收阵元的时延，n(t)为噪声项；使用相移波束形成器对N元接收直线阵上的回波进行处理，第n个阵元上的复加权其中，bn是第n个接收阵元上的幅度加权，f0为信号中心频率，xr,n是第n个接收阵元的x坐标；接收波束形成的主瓣指向与等效发射波束形成的主瓣指向一一对应；对接收直线阵上的回波进行移边带处理，得到频带搬移后的回波回波在频带搬移时所用的参考信号频率也为fD，第q个接收波束形成的输出Brq(t)=Σn=1N[wr,nq]cxnD(t);]]>利用等效发射波束形成输出对接收波束形成输出进行匹配滤波，得到最终的输出Bq(t)=Brq(t)*Btq(t),]]>*代表时域卷积。