用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法技术

本发明专利技术提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，包括：确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵，MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵，接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间；建立MIMO弧形阵列与MIMO线阵几何转换关系，得到补偿函数；MIMO线阵的发射阵元发射单频信号，MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号；对接收信号在发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换，得到空间谱；结合补偿函数及空间谱，在等效MIMO线阵的方位向上进行成像，得到目标反射系数函数。本发明专利技术通过构建弧形MIMO阵列，在一定阵列长度下，利用较少阵元，实现了高效率方位向成像，为降低系统成本提供可能。

【技术实现步骤摘要】
用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法。
技术介绍
在MIMO阵列成像的应用中，成像方法显然是极其重要的一个环节，因为成像方法的准确性和效率很大程度上决定了系统成像结果的好坏与运行速度。设计MIMO阵列方位向成像方法主要是在一定MIMO阵列拓扑结构条件下，有效解决阵列长度、阵元数目和方位分辨率三者之间的关系，并同时兼顾运算效率。阵列长度与阵元数目直接决定了阵元间距，即确定了空间采样率，当其满足奈奎斯特采样定律时，方位向成像才不会出现混叠现象。一般来说，距离近的方位向成像需要较小的阵元间距，而距离远的方位向成像需要的阵元间距较大。为了获得较高方位向分辨率，需要增加阵列长度或减小成像距离，而这受到阵元间距的制约。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种在太赫兹频段下的MIMO弧形阵列方位向成像方法，通过构建弧形MIMO阵列，设计方位向成像方法，旨在一定阵列长度下，利用较少阵元，即可实现高效率方位向成像，为降低系统成本提供可能。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，包括：确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵，其中所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵，接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间；建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系，并得到补偿函数；经MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换之后，MIMO线阵的发射阵元发射单频信号，MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号；对接收阵元接收的目标散射信号分别在该等效MIMO线阵的发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换，得到空间谱；结合补偿函数及空间谱，在等效MIMO线阵的方位向上进行成像，得到目标反射系数函数。在一些实施例中，所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成两个发射子阵，其接收阵元构成一个接收阵列，接收阵列位于所述两个发射子阵之间。在一些实施例中，所述MIMO弧形阵列包括NT个发射阵元和NR个接收阵元，所述NT个发射阵元构成两个发射子阵，分别位于接收阵列两端，发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR，对于每个发射子阵，发射阵元等间隔位于以C点为圆心，半径为RA的圆弧上，对应的阵元间隔角度为dθT，阵元间距为dT＝RAdθT。在一些实施例中，所述NR个接收阵元等间隔位于以C点为圆心，半径为RA的圆弧上，对应的阵元间隔角度为dθR，阵元间距为dR＝RAdθR；设定目标O位于半径为RO的圆弧上并满足RO<RA，目标O的极坐标为(RO,θO)，MIMO弧形阵列中NT个发射阵元的极坐标为NR个接收阵元的极坐标为其中m＝1,2,…,NT，n＝1,2,…,NR。在一些实施例中，所述MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵包括NT个发射阵元和NR个接收阵元，分别按间距dT和dR等间隔排列；NT个发射阵元构成发射阵列，NR个接收阵元构成接收阵列，发射阵列长度为A′TB′T，接收阵列长度为A′RB′R，且和目标O′(x,RR)与MIMO线阵的垂直距离为D＝RA-RO，发射阵元坐标为接收阵元坐标为其中m＝1,2,…,NT，n＝1,2,…,NR。在一些实施例中，建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系，并得到补偿函数，包括：确定MIMO弧形阵列与等效MIMO线阵之间的几何转换对应关系；根据几何转换对应关系，点目标O(RO,θO)与MIMO弧形阵列中第m个发射阵元和第个接收阵元之间的距离ρT和ρR分别表示为：点目标O′(x,RO)与等效MIMO线阵中第m个发射阵元和第n个接收阵元之间的距离ρ′T和ρ′R分别表示为：其中，D为目标O′(x,RO)与MIMO线阵的垂直距离，D＝RA-RO；和分别表示相对于第m个发射阵元和第n个接收阵元的来波方向；根据几何转换对应关系，得到如下关系式：定义等效相位差Δφ，计算公式如下：根据来波方向和与空间频率和之间存在如下关系：得到MIMO弧形阵列等效为MIMO线阵所需的补偿函数计算公式如下：在一些实施例中，经过MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换后，目标点位置为O′(x,RO)，目标反射系数函数为I(x,RO)，考虑传播损耗，由任一发射阵元发射波长为的单频信号p(k)，任一接收阵元接收目标散射信号其中m＝1,2,…,NT，n＝1,2,…,NR。在一些实施例中，对接收信号分别在该发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换，得到空间谱，包括：将等效MIMO线阵的接收信号s(xT,xR)表示为：分别在xT和xR维度上对s(xT,xR)进行傅里叶变换，得到：其中，为频域滤波函数，其计算公式如下：由此得到空间谱即：在一些实施例中，结合补偿函数基于等效MIMO线阵的方位向成像结果，即目标反射系数函数I(x,RO)为：其中，在一些实施例中，所述MIMO弧形阵列包括16个发射阵元和16个接收阵元，所述16个发射阵元构成两个发射子阵，每个发射子阵的发射阵元的数量为8个。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法至少具有以下有益效果：在一定MIMO阵列拓扑结构条件下，接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间，有效解决阵列长度、阵元数目和方位分辨率三者之间的约束关系，实现了有限阵元数目条件下保证目标方位向成像质量，为降低系统成本提供可能。附图说明图1为根据本专利技术实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法的流程图。图2为MIMO弧形阵列到等效MIMO线阵的几何转换示意图(其中(a)为MIMO弧形阵列，(b)为等效MIMO线阵)。图3为16发16收MIMO弧形阵列仿真场景示意图。图4为16发16收MIMO弧形阵列实例示意图。图5为MIMO弧形阵列方位向成像结果示意图(其中(a)为归一化方位向成像结果，(b)为归一化方位向成像结果dB显示)。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法。图1为根据本专利技术实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法的流程图。如图1所示，本实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法包括：步骤A：设计一个包括NT个发射阵元和NR个接收阵元的MIMO弧形阵列，其中，NT个发射阵元构成两个发射子阵，NR个接收阵元构成一接收阵列(也可称作接收子阵)，所述两个发射子阵分别位于接收阵列两端，发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR，对于每个发射子阵，发射阵元等间隔位于以C点为圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，包括：确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵，其中所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵，接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间；建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系，并得到补偿函数；经MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换之后，MIMO线阵的发射阵元发射单频信号，MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号；对接收阵元接收的目标散射信号分别在该等效MIMO线阵的发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换，得到空间谱；结合补偿函数及空间谱，在等效MIMO线阵的方位向上进行成像，得到目标反射系数函数。

【技术特征摘要】
1.一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，包括：确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵，其中所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵，接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间；建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系，并得到补偿函数；经MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换之后，MIMO线阵的发射阵元发射单频信号，MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号；对接收阵元接收的目标散射信号分别在该等效MIMO线阵的发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换，得到空间谱；结合补偿函数及空间谱，在等效MIMO线阵的方位向上进行成像，得到目标反射系数函数。2.根据权利要求1所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，其中，所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成两个发射子阵，其接收阵元构成一个接收阵列，接收阵列位于所述两个发射子阵之间。3.根据权利要求2所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，其中，所述MIMO弧形阵列包括NT个发射阵元和NR个接收阵元，所述NT个发射阵元构成两个发射子阵，分别位于接收阵列两端，发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR，对于每个发射子阵，发射阵元等间隔位于以C点为圆心，半径为RA的圆弧上，对应的阵元间隔角度为dθT，阵元间距为dT＝RAdθT。4.根据权利要求3所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，其中，所述NR个接收阵元等间隔位于以C点为圆心，半径为RA的圆弧上，对应的阵元间隔角度为dθR，阵元间距为dR＝RAdθR；设定目标O位于半径为RO的圆弧上并满足RO<RA，目标O的极坐标为(RO,θO)，MIMO弧形阵列中NT个发射阵元的极坐标为NR个接收阵元的极坐标为其中m＝1,2,…,NT；n＝1,2,…,NR。5.根据权利要求1所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法，其中，所述MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵包括NT个发射阵元和NR个接收阵元，分别按间距dT和dR等间隔排列；NT个发射阵元构成发射阵列，NR个接收阵元构成接收阵列，发射阵列长度为A′TB′T，接收阵列长度为A′RB′R，且和目标O′(x,RO)与MIMO线阵的垂直距离为D...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世有，李超，张群英，高航，刘小军，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11