[发明专利]一种基于MIMO体制的近程三维成像装置及其成像方法

摘要

本发明公开了一种基于MIMO体制的近程三维成像装置，包括N×N毫米波接收机面阵与同步发射机，所述N×N毫米波接收机面阵由N个毫米波接收机组成，所述同步发射机由M个发射天线组成；其中，所述M个发射天线分布设置于所述N×N毫米波接收机面阵的周缘且相互处于同一平面中。本发明有益效果在于，提出了一种新型毫米波人体探测方法既基于MIMO体制的近程三维成像方法，这种成像方法具有高分辨率、实时性好等特点。

主权项

1.一种基于MIMO体制的近程三维成像装置，其特征在于，包括N×N毫米波接收机面阵与同步发射机，所述N×N毫米波接收机面阵由N个毫米波接收机组成，所述同步发射机由M个发射天线组成；其中，所述M个发射天线分布设置于所述N×N毫米波接收机面阵的周缘且相互处于同一平面中；所述基于MIMO体制的近程三维成像装置实现成像的方法包括以下步骤：S1对两个方位维即x,y方向进行傅立叶变换，并找到合适的滤波函数并匹配滤波；S2计算发现相空间三个维度发生改变后，通过stolt插值矫正相空间并均匀采样；S3采样后进行相空间融合处理，最后通过逆傅立叶运算得到目标点的三维图像；根据上述步骤，即定义被测目标的坐标为(x,y,z),发射天线单元的坐标为(xt，yt，zt)，接受天线单元的坐标为(xr，yr，zr)，对于单个点目标成像，混频之后的步进频雷达回波信号表示为：其中，发射天线到目标的距离接收天线到目标的距离第n个发射信号的步进频率f＝(n‑1)Δf，n＝1，2........，N，g(x，y，z)为目标散射系数，也即需要恢复的目标图像，对(1)式x，y方位维做傅里叶变换之后得到：其中，式(2)中的积分运算利用驻定相位原理进行求解，在驻定相位点，相位的一阶偏微分等于零，具体计算过程如下：在驻相点解方程(3)，得到：驻相点解方程(4)，得到：其中(z‑zr)＞0将式(5)和式(6)式代入中，可得：然后，将三元泰勒定理用于上述方程(7)中，可得方程为：其中：zr＝‑R0，R0为场景中心到阵列中心的距离；式(8)中，前三项分别与目标的位置x，y，z成线性关系，所以通过三维逆傅里叶变换进行图像重构，最后两项表示距离走动的常数项；将式(8)代入(2)式中可得：根据(9)式，可以得到匹配滤波函数：匹配滤波之后的信号如下所示：假设有m个发射单元，则第m个单元对应的波散关系为：根据上述波散关系，将每一发射阵元对应的回波数据通过Stolt变换映射到目标三维即kx,ky,kz空间谱域，由此可以得到M块空间谱域填充结果，进而组成一个大的空间谱域支撑区分布，最后经三维空间逆傅立叶变换获得目标图像。