一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法技术

本发明专利技术提供一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，包括：步骤1、进行回波信号数学建模；步骤2、对信号进行参考点相位校正，利用远场近似对接收信号进行相位展开；步骤3、将图像重构过程转换为矩阵相乘；步骤4、将成像区域划分为多个子区域，分别对子区域进行参考点相位校正和图像重构，并拼接子区域图像得到总体成像结果。本发明专利技术简化了处理步骤，并提高了成像速度，为MIMO阵列实时成像提供了方法参考。为MIMO阵列实时成像提供了方法参考。为MIMO阵列实时成像提供了方法参考。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法


[0001]本专利技术属于毫米波成像领域，具体涉及一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法。

技术介绍

[0002]在毫米波成像领域，MIMO阵列在远场成像场景下已经被广泛应用。远场成像与近场成像相比，分辨率较差，但是具有很大的灵活度，因为其针对相位操作引起的误差对成像质量的影响有限。因此远场成像相比近场来说更具有实时成像的可能性。但目前的成像方法大都停留在一般化、普遍性的快速成像方法，并没有充分且有效地利用远场成像的特殊性质进一步加快成像速度。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，其为一种毫米波远场二维快速极坐标成像算法，可以极大地提高毫米波MIMO阵列的成像速度。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、进行回波信号数学建模；
[0007]步骤2、对回波信号进行参考点相位校正，利用远场近似对接收信号进行相位展开；
[0008]步骤3、将图像重构过程转换为矩阵相乘；
[0009]步骤4、将成像区域划分为多个子区域，分别对子区域进行参考点相位校正和图像重构，并拼接子区域图像得到总体成像结果。
[0010]进一步地，所述步骤1包括：建立的所述回波信号的模型为：
[0011][0012][0013]其中，σ(x，z)是目标反射系数，x和z表示目标位置；x
t
是发射天线位置，x
r
是接收天线位置。exp[]是指数函数，j是虚数单位，R
t
表示发射天线到目标的距离，R
r
表示接收天线到目标的距离；k0表示中心波数，k表示基带波数；
[0014]w
t
(x
t
)和w
r
(x
r
)是天线孔径窗函数，表示为：
[0015][0016][0017]w
kc
(k)是波数窗函数，表示为：
[0018][0019]L
t
和L
r
分别表示发射阵列和接收阵列长度；B是信号的带宽，其中B
k
＝2πB/c，c是光速。
[0020]进一步地，所述步骤2包括：
[0021]当阵列孔径相比目标距离很小，此时满足|x
t
|,|x
r
|<<R；
[0022]距离历程R
t
和R
r
的一阶近似表示为：
[0023][0024][0025]接收回波信号乘以参考信号并进行窄带近似，接收信号进一步表示为：
[0026][0027][0028]w
a
(x
a
)表示等效阵列的位置，表示为：
[0029][0030]x
a
＝(x
t
+x
r
)/2
[0031]其中，x0，R0和表示参考点的位置坐标；σ(sinθ,R)表示在极坐标形式下的目标反射系数；
[0032]其中窄带近似公式为：
[0033][0034]后续实现目标反射系数图像重建。
[0035]进一步地，所述步骤3包括：将式(6)转换为矩阵乘法的形式：
[0036][0037]其中，S
o
代表相乘相应参考信号的接收信号，是一个M
×
N矩阵，表示M个等效天线
位置x
a
和N个频点k组成的二维矩阵；
[0038]σ代表离散化后的重构目标区域，是一个P
×
Q矩阵，代表P个方位角度θ和Q个距离单元R。A
θ
和A
R
是两个导向矢量，(*)
H
表示共轭转置操作；
[0039]阵列导向矢量A
θ
的第m行第p列的元素表示和A
R
的第n行第q列的元素表示为：
[0040](A
θ
)
mp
＝exp[j2k0x
am
(sinθ
p
‑
sinθ0)][0041](A
R
)
nq
＝exp[j2k
n
(R
q
‑
R0)][0042]x
am
表示第m个天线位置，k
n
表示第n个频点。θ
p
表示第p个目标角度，R
q
表示第q个距离单元；
[0043]两导向矢量矩阵都是正交矩阵，因此最终目标反射系数重构表示为：
[0044][0045]进一步地，所述步骤4包括：将成像区域划分为若干个子区域，并选择不同子区域的中心点作为参考点进行参考点相位校正，分别进行子区域反射系数图像重建；将最终的子区域成像结果缝合在一起；
[0046]第i个子区域成像的矩阵公式为：
[0047][0048]其中，M表示所划分的子区域数量。表示第i个子区域参考点相位校正后的回波信号。阵列导向矢量A
θi
的第m行第p列的元素表示和A
Ri
的第n行第q列的元素表示为：
[0049](A
θi
)
mp
＝exp[j2k0x
am
(sinθ
p
‑
sinθ
i
)][0050](A
Ri
)
nq
＝exp[j2k
n
(R
q
‑
R
i
)][0051]x
i
，R
i
和表示第i个子区域所选取的参考点的位置坐标。
[0052]进一步地，所述图像重构选择和的顺序来节省时间，同时选择目标存在的较浅成像区域来节省计算量。
[0053]有益效果：
[0054]本专利技术利用远场情况下的信号近似方法，提出一种极快速的利用矩阵相乘实现图像重构的子区域匹配滤波方法。该方法将传统的基于傅里叶变换的图像重构操作仅仅转化为数个矩阵乘法，简化了处理步骤，并提高了成像速度，为MIMO阵列实时成像提供了方法参考。
附图说明
[0055]图1为MIMO线阵成像场景示意图；
[0056]图2为子区域成像方法图；
[0057]图3为仿真线性阵列示意图；
[0058]图4a，图4b，图4c为点目标成像结果图；其中图4a为点目标示意图，图4b为单参考点匹配滤波成像图，图4c为子区域匹配滤波成像图；
[0059]图5为实验场景线性MIMO阵列示意图；
[0060]图6为人体目标成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、进行回波信号数学建模；步骤2、对回波信号进行参考点相位校正，利用远场近似对接收信号进行相位展开；步骤3、将图像重构过程转换为矩阵相乘；步骤4、将成像区域划分为多个子区域，分别对子区域进行参考点相位校正和图像重构，并拼接子区域图像得到总体成像结果。2.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，其特征在于，所述步骤1包括：建立的所述回波信号的模型为：述步骤1包括：建立的所述回波信号的模型为：其中，σ(x，z)是目标反射系数，x和z表示目标位置；x
t
是发射天线位置，x
r
是接收天线位置，exp[]是指数函数，j是虚数单位，R
t
表示发射天线到目标的距离，R
r
表示接收天线到目标的距离；k0表示中心波数，k表示基带波数；w
t
(x
t
)和w
r
(x
r
)是天线孔径窗函数，表示为：)是天线孔径窗函数，表示为：w
kc
(k)是波数窗函数，表示为：L
t
和L
r
分别表示发射阵列和接收阵列长度；B是信号的带宽，其中B
k
＝2πB/c，c是光速。3.根据权利要求2所述的一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，其特征在于，所述步骤2包括：当阵列孔径相比目标距离很小，此时满足|x
t
|,|x
r
|<<R；距离历程R
t
和R
r
的一阶近似表示为：的一阶近似表示为：接收回波信号乘以参考信号并进行窄带近似，接收信号进一步表示为：
w
a
(x
a
)表示等效阵列的位置，表示为：x
a
＝(x
t
+x
r
)/2其中，x0，R0和表示参考点的位置坐标；σ(sinθ,R)表示在极坐标形式下的目标反射系数；其中窄带近似公式为：后续实现目标反射系数图像重建。4.根据权利要求3所述的一种毫米波MIMO阵列二维远场快速成像方法，其特征在于，所述步骤3包括：将式(6)转换为矩阵乘法的形式：其中，S
o
代表相乘相应参考信号的接收信号，是一个M
×
N矩阵，表示M个等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪奕才，张文瑞，程璐，吴世有，李超，刘小军，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：