一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法技术

本发明专利技术公开了一种针对雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，其主要步骤如下：首先，采用适合于多输入多输出(MIMO)雷达近场成像处理的滤波‑逆投影(MIMO‑FBP)算法，对多个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，并自动完成每个波段下的通道均衡化、方向图修正、传播衰减补偿和球面波前修正，得到各波段的低分辨率复图像；其次，通过二维快速傅里叶变换(2‑D FFT)将各波段的复图像变换到对应的数据域，并沿扇环进行重采样，得到各波段图像对应的扇环域数据；第三，对所得到的多波段扇环域成像数据以适当的方式融合，得到全波段MIMO超宽带成像数据；最后，采用传统FBP成像算法对融合后的全波段数据进行图像重建，由此得到全波段高分辨率图像。

【技术实现步骤摘要】
一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法
本专利技术涉及雷达成像处理
，具体涉及一种针对MIMO(多输入多输出)雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法。
技术介绍
MIMO雷达高分辨率近场诊断成像测量雷达是一种新体制成像雷达，具有系统便携性能好、成像测量与处理速度快、毋需目标作旋转运动即可实现对静止目标高分辨率快拍成像等优点。但是，MIMO成像雷达的工程化应用面临以下两方面的问题：(1)MIMO成像雷达的方位向(横向距离)成像分辨率与MIMO天线在横向上的虚拟孔径尺寸成正比，同天线阵列与被测目标之间的距离成反比。横向距离分辨率δcr的计算式为：式中，λ为雷达信号波长，Lvir为线性MIMO阵列虚拟孔径长度，R0为目标到阵列中心的距离。因此，为了实现对目标的横向距离高分辨率，要求满足以下两个条件之一：其一，MIMO天线阵列在横向上尺寸足够长，以便保证虚拟孔径Lvir足够长；其二，成像测量的距离不太远，也即成像测量往往是在近场条件下进行的。(2)MIMO成像的径向距离分辨率取决于雷达发射与接收信号的带宽。径向距离分辨率δdr的计算式为：式中，c为雷达波传播速度，B为雷达信号带宽。由于MIMO雷达成像径向距离分辨率与雷达带宽成反比，高的距离分辨率要求大的雷达带宽。但是，由于MIMO雷达采用多个发射和多个接收单元的组合来获得横向高分辨率成像所需的大虚拟孔径Lvir，且一般在近场球面波前条件下进行成像测量，这使得在采用MIMO雷达对目标进行二维高分辨率精密诊断成像中，必须采取有效的测量和处理技术，消除MIMO雷达收发通道、天线阵元方向图、信号传播路径衰减、以及球面波前等因素对目标成像造成的不利影响。而在给定极化条件下，雷达的收发通道特性、天线方向图、传播路径衰减等均随雷达频率而变化，这导致MIMO成像雷达的图像处理必须针对一个较窄的频段范围内进行，即使MIMO阵列天线、雷达发射信号等覆盖的全频段带宽度足够宽，也难以通过传统的成像处理，实现全频段的高分辨率成像，影响了MIMO雷达成像系统的距离分辨率。Liu等人在文献(YongzeLiu,XiaojianXu,andGuangyaoXu.MIMORadarCalibrationandImageryforNear-FieldScatteringDiagnosis.IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,Vol.54,No.1,pp.442-452,2018)中提出一种用于MIMO雷达近场测量成像的MIMO-FBP算法，但是由于没有解决全频段多波段下的雷达收发通道特性、天线方向图、传播路径衰减等同时校准的问题，仅能针对单个波段较窄频段范围内的MIMO测量数据进行成像处理，影响了MIMO成像的距离分辨率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为：本专利技术提出一种可以实现MIMO雷达多波段超宽带联合成像处理的方法，该方法首先采用适合于MIMO雷达近场成像处理的滤波-逆投影(MIMO-FBP)算法，对多个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，并在此过程中自动完成每个波段下的收发通道均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿以及近场球面波前修正，得到每个波段的低分辨率复图像；然后通过二维快速傅里叶变换(2-DFFT)将每个波段的复图像变换到对应的数据域，并通过沿扇环形数据域重采样得到经过各种通道校正后的多波段MIMO成像数据，最后对所得到的多波段扇环域MIMO成像数据融合以获得全波段MIMO超宽带成像数据，并采用传统FBP成像算法对数据进行超宽带图像重建，由此得到全波段高分辨率MIMO图像。从而可解决MIMO雷达近场成像测量条件下，因图像重建中需要同时完成收发通道均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿等处理，而这些影响因素是随雷达频率变化的，使得图像重建难以针对超宽带数据进行，只能在较窄频段内实现，导致MIMO雷达成像距离分辨率受到限制的问题。本专利技术所采用的技术方案如下：一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，实现步骤如下：步骤1：各单个波段数据的MIMO-FBP成像处理采用适合于MIMO雷达近场成像处理的MIMO-FBP算法，对每个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，得到每个波段的低分辨率复图像，自动完成每个波段下MIMO雷达各收发通道的均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿以及近场球面波前修正；步骤2：各单个波段的MIMO图像变换到数据域通过二维快速傅里叶变换(2-DFFT)将每个波段的复图像变换到对应的数据域，得到每个波段对应的数据，其数据支撑域为扇环形区域，该数据是经过各种通道校正后的多波段MIMO成像数据；步骤3：成像数据重采样根据每个波段成像数据支撑域为扇环形区域、不同波段数据的支撑具有不同的扇环半径的特点，在数据域沿扇环进行重采样，得到每个波段成像对应的扇环域数据；步骤4：多波段MIMO成像数据融合对重采样所得到的多波段扇环域MIMO成像数据以适当的方式进行融合，得到全波段MIMO超宽带成像数据；步骤5：全波段融合数据的FBP成像处理采用FBP成像算法对融合后的全波段MIMO超宽带成像进行图像重建，并由此得到全波段高分辨率图像。其中，提出将MIMO成像中逐个波段采用MIMO-FBP算法分别得到其重构图像后，通过2-DFFT变换到数据域并沿扇环形区域进行数据重采样，获得每个MIMO雷达波段的重采样数据。其中，对重采样所得到的多波段扇环域MIMO成像极坐标格式数据以适当的方式进行融合，可得到全波段MIMO超宽带成像数据。多波段数据融合的具体方法包括：如果对于全部Q个波段，频率较低的频段q-1到频率较高的频段q，q＝2,...,Q，前者的最高频率同后者的最低频率是相邻接的，也即波段之间不存在数据凹口，则可直接将全部Q个波段的数据经幅度增益均衡化和相位对准后，按照频段由低到高的顺序链接起来；如果对于全部Q个波段，某个频率较低的频段q-1同频率较高的频段q，q＝2,...,Q，两者之间存在数据凹口，也即前者的最高频率同后者的最低频率之间是非相邻接的，则可先进行全部Q个波段数据的幅度增益均衡化和相位对准，然后采用基于参数化模型方法，先对凹口数据通过模型预测进行填充，得到完全无凹口的各波段数据，然后再按照频段由低到高的顺序将所有波段的数据链接起来；由此完成全部Q个频段的数据融合，得到全波段MIMO成像数据。其中，对多波段数据融合得到的全波段MIMO成像数据，采用传统的FBP成像算法进行图像重构处理，得到MIMO雷达全波段高分辨率雷达图像。本专利技术的主要技术优点：本专利技术提供了MIMO雷达近场成像处理的新方法，该方法可实现全频段超宽带MIMO成像处理，解决了以下两个技术问题：(1)在MIMO雷达近场成像测量条件下，因图像重建中需要同时完成收发通道均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿等处理，而这些影响因素是随雷达频率变化的，使得现有MIMO-FBP图像重建算法难以针对超宽带数据进行处理，只能在较窄频段内实现，由此导致MIMO雷达成像距离分辨率受限的问题。(2)当多个MIMO雷达成像测量频段的频率不是互为邻接时，采用本专利技术所提出的处理方法，可实现多个MIMO成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤1：各单个波段数据的MIMO‑FBP成像处理采用适合于MIMO雷达近场成像处理的MIMO‑FBP算法，对每个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，得到每个波段的低分辨率复图像，自动完成每个波段下MIMO雷达各收发通道的均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿以及近场球面波前修正；步骤2：各单个波段的MIMO图像变换到数据域通过二维快速傅里叶变换(2‑D FFT)将每个波段的复图像变换到对应的数据域，得到每个波段对应的数据，其数据支撑域为扇环形区域，该数据是经过各种通道校正后的多波段MIMO成像数据；步骤3：成像数据重采样根据每个波段成像数据支撑域为扇环形区域、不同波段数据的支撑具有不同的扇环半径的特点，在数据域沿扇环进行重采样，得到每个波段成像对应的扇环域数据；步骤4：多波段MIMO成像数据融合对重采样所得到的多波段扇环域MIMO成像数据以适当的方式进行融合，得到全波段MIMO超宽带成像数据；步骤5：全波段融合数据的FBP成像处理采用FBP成像算法对融合后的全波段MIMO超宽带成像进行图像重建，并由此得到全波段高分辨率图像。...

【技术特征摘要】
1.一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤1：各单个波段数据的MIMO-FBP成像处理采用适合于MIMO雷达近场成像处理的MIMO-FBP算法，对每个波段的MIMO雷达成像数据进行图像重构，得到每个波段的低分辨率复图像，自动完成每个波段下MIMO雷达各收发通道的均衡化、阵元方向图修正、信号传播路径衰减补偿以及近场球面波前修正；步骤2：各单个波段的MIMO图像变换到数据域通过二维快速傅里叶变换(2-DFFT)将每个波段的复图像变换到对应的数据域，得到每个波段对应的数据，其数据支撑域为扇环形区域，该数据是经过各种通道校正后的多波段MIMO成像数据；步骤3：成像数据重采样根据每个波段成像数据支撑域为扇环形区域、不同波段数据的支撑具有不同的扇环半径的特点，在数据域沿扇环进行重采样，得到每个波段成像对应的扇环域数据；步骤4：多波段MIMO成像数据融合对重采样所得到的多波段扇环域MIMO成像数据以适当的方式进行融合，得到全波段MIMO超宽带成像数据；步骤5：全波段融合数据的FBP成像处理采用FBP成像算法对融合后的全波段MIMO超宽带成像进行图像重建，并由此得到全波段高分辨率图像。2.根据权利要求1所述的一种针对MIMO雷达近场测量的多波段超宽带成像处理方法，其特征在于：提出将MIMO成像中逐个波段采用MIMO-FBP算法分别得到其重构图像后，通过2...

【专利技术属性】
技术研发人员：许小剑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11