一种用于近程MIMO成像的传播损耗补偿方法技术

本发明专利技术提出了一种用于近程MIMO成像的传播损耗补偿方法，重新推导用于近程MIMO双站成像的RMA公式，回波信号考虑近场距离衰减项，公式推导后发现像函数幅度项存在补偿因子，成像处理时补偿相应的参数。本发明专利技术的传播损耗补偿方法适用于超宽带近场、远场成像；在不增加任何硬件成本的情况下实现MIMO成像幅度精度补偿，提高成像质量；可适用于一维阵列、二维阵列的二维、三维成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达成像
，特别涉及一种用于近程MM0成像的传播损耗补 偿方法。
技术介绍
MHTO雷达成像技术是一种新型雷达成像技术，采用多发多收的体制，经过适当处 理，可以等效为一个同时独立收发的虚拟阵列，因而所得通道远远多于实际物理阵元数目， 大大节省了硬件成本，提高分辨能力，使实时成像成为可能。在近程成像的条件下，天线发 射的电磁波为球面波，电磁波传播路径损耗显著影响目标近场成像的幅度精度。 近程MIM0成像常用算法为距离徙动算法（RangeMigrationAlgorithm，RMA)， 针对单站RMA近程传播路径损耗问题，国防科技大学雷文太等人提出了改进的三维成像算 法，效果明显，但对MM0成像来说，双站RMA算法更为适用，因为不会引入等效相位中心误 差。 探头阵列成像技术在成像方面潜力巨大，其由多个发射单元和接收单元构成，采 用开关控制的工作形式，每次有且只有一对收发天线工作，能够有效的抑制天线之间的耦 合，产生出远远多于实际天线数目的虚拟阵列单元，从而大大的节省阵列的硬件成本和建 造难度。 但在近程条件下，信号接收形式为球面波，电磁波传播路径损耗随距离显著衰减， 必然严重影响M頂0成像结果的幅度精度，具体表现为距离阵列平面越近幅度越大，导致较 远的目标在成像结果上不明显。 下面将详细介绍与本专利技术最相近的现有技术中的方法。 如图1所示为单站RMA成像算法，单站即收发天线在同一位置（xn，yni，0)，设待测 目标（x，y，z)反射率函数0(x，y，z)，则天线接收回波： 其中，k为波数，R表示目标到天线之间的距离，可见电磁波与R2成反比，传播 损耗补偿即消除它对成像精度的影响。H为常数项幅度，可以忽略。于是， 根据驻定相位法原理求解上式，可得驻相点坐标为实中，，kx，ky分别表示与坐标（x，y)对应的波谱域坐标。式（3)最终可化为 式中即为单站RMA的传播损耗补偿因子，乘以该补偿因子即可消除传播 损耗对成像幅度的影响。 目前国内关于多探头阵列成像起步较晚，主要集中在仿真阶段，关于近程路径损 耗补偿问题主要以国防科技大学为代表，主要缺点是补偿方法值针对单站或准单站RMA算 法，即收发天线位于同一位置或相距很近。 国外相关研究的文献则相对多一些，如针对基尔霍夫偏移算法的路径衰减补偿， 但存在以下问题： (1)基尔霍夫偏移算法成像处理时间较长，不利于实时成像，因此针对该算法的补 偿具有局限性； (2)补偿方法的推导原理是基于基尔霍夫偏移算法公式推导的，因此仅仅适用于 该算法，不再适用于其他成像处理时间短的算法，适用范围狭窄。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提出一种用于近程MM0成像的 传播损耗补偿方法，可以有效的对目标进行三维成像。 本专利技术的技术方案是这样实现的： 一种用于近程MIM0成像的传播损耗补偿方法，包括以下步骤： 步骤（1)，首先根据MM0阵列的布局情况，建立坐标系确定接收信号b(xTx，xRx， yTx，yRx，k)与收发天线坐标、频率对应关系； 步骤（2)，对步骤⑴的结果关于坐标（xTx，xRx，yTx，yRx)作四维傅里叶变换得到 b(kx-丁，kx-R，ky-丁，ky-R，k); 步骤（3)，对步骤⑵作式（11)所示的变量代换，得到其中，式（11) 为： (11)步骤（4)，对步骤（3)的结果乘以传播损耗补偿因子步骤（5)，对步骤（4)的结果作三维逆傅里叶变换。 上述用于近程MM0成像的传播损耗补偿方法中，发射单元坐标（xTx，yTx，0)，接收 单元坐标（xRx，yRx，0)，待测目标坐标位置（x，y，z)，其像函数为f(x，y，z)，考虑电磁波传输 过程中的空间衰减，信号由发射单元发射经过目标散射后，接收单元信号为 「00301(5) 其中，k=?/c表示波数，《表示工作角频率，c为电磁波在自由空间中传播速度； 电磁波由发射单元传播到目标区域距离为RTx，经由目标散射后，由目标传播到接收单元距 离为RRx，具体表示如下：(6) 对式（5)关于距离坐标进行4D空间傅里叶变换，分成两个2D空间傅里叶变换的 乘积，式（5)的4D空间傅里叶变换化为 根据驻定相位原理，求解式（7)，得 进行变量代换，令(11) 则（10)式化为 设目标区域函数为0(x，y，z)，则其回波函数表示为 式中，卩为双站RMA传播损耗补偿因子。 本专利技术的有益效果是： (1)适用于超宽带近场、远场成像； (2)在不增加任何硬件成本的情况下实现MIM0成像幅度精度补偿，提高成像质 量； (3)可适用于一维阵列、二维阵列的二维、三维成像。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1为现有技术中单站RMA成像原理示意图； 图2为基于本专利技术补偿方法的双站RMA成像原理示意图； 图3为本专利技术的MIM0成像传播损耗补偿流程图； 图4 (a)为传播损耗补偿前仿真图； 图4(b)为传播损耗补偿后仿真图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。 本专利技术提出了一种用于近程MM0成像的传播损耗补偿方法，重新推导用于近程 MHTO双站成像的RMA公式，回波信号考虑近场距离衰减项，公式推导后发现像函数幅度项 存在补偿因子，成像处理时补偿相应的参数。 下面结合附图对本专利技术的用于近程MM0成像的传播损耗补偿方法进行详细说 明。 设二维阵列分布如图2所示，发射单元坐标（xTx，yTx，0)，接收单元坐标（xRx，yRx， 〇)，目标位置（x，y，z)，假设待测目标为一理想散射点，坐标位置（x，y，z)，其像函数为f(x， y，Z)，考虑电磁波传输过程中的空间衰减，信号由发射单元发射经过目标散射后，接收单元 信号为(5) 其中，k=c〇/c表示波数，《表示工作角频率，c为电磁波在自由空间中传播速 度。电磁波由发射单元传播到目标区域距离为RTx，经由目标散射后，由目标传播到接收单 元距离为RRx，具体表示如下(6) 对式（5)关于距离坐标进行4D空间傅里叶变换，可以分成两个2D空间傅里叶变 换的乘积，式（5)的4D空间傅里叶变换可化为 根据驻定相位原理，求解式（7)，得 则（10)式可以化为 实际应用中目标总是为一片区域，设目标区域函数为0(x，y，z)，则其回波函数可 表示为 丨 式中，即为双站RMA传播损耗补偿因子。 如图3所示，利用本专利技术的方法对近程MM0成像的传播损耗补偿的过程包括以下 步骤： 步骤⑴，首先根据MIM0阵列的布局情况，建立坐标系确定接收信号b(xTx，xRx， yTx，yRx，k)与收发天线坐标、频率对应关系； 步骤（2)，对步骤⑴的结果关于坐标（xTx，xRx，yTx，yRx)作四维傅里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于近程MIMO成像的传播损耗补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，首先根据MIMO阵列的布局情况，建立坐标系确定接收信号b(xTx，xRx，yTx，yRx，k)与收发天线坐标、频率对应关系；步骤(2)，对步骤(1)的结果关于坐标(xTx，xRx，yTx，yRx)作四维傅里叶变换得到b(kx_T，kx_R，ky_T，ky_R，k)；步骤(3)，对步骤(2)作式(11)所示的变量代换，得到其中，式(11)为：kx=kx_T+kx_Rky=ky_T+ky_Rkz=kz_T+kz_R---(11)]]>步骤(4)，对步骤(3)的结果乘以传播损耗补偿因子步骤(5)，对步骤(4)的结果作三维逆傅里叶变换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡大海，常庆功，杜刘革，王亚海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37