波束成形设备和方法技术

公开了波束成形设备和方法。本发明专利技术涉及一种波束成形设备，包括：发射单元(110)，包括向场景(1)发射辐射的至少两个发射元件(111)，接收单元(120)，包括从所述场景(1)接收辐射并且从所述接收的辐射生成接收信号的至少两个接收元件(121)，以及波束成形单元(130)，通过使用波束成形权重来执行波束成形以从所述接收信号获得波束成形输出信号，其中，所述波束成形权重适合所述场景与一个或多个发射元件和/或接收元件之间的距离，所述距离通过距离指示符进行指示，并且其中，所述波束成形权重在所述距离改变的情况下被改变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波束成形(beam forming)设备及相应的方法。本专利技术更进一步涉及用于场景的成像的有源成像设备和有源成像方法以及波束成形单元和处理方法。更进一步，本专利技术涉及计算机程序和存储有该计算机程序的非临时性计算机可读介质。特别地，本专利技术涉及MIMO。
技术介绍
在超声波的、微波、毫米波以及太赫兹的频率上，有源成像系统对于包括医疗和安全应用在内的很多应用，正在变得越来越普及。 有源成像系统中的发射器(也被称为“发射元件”)和接收器(也被称为“接收元件”)的布置可以采用多种不同形式。在一个与本专利技术相关的实施例中，多个发射器和接收器一同工作以形成MIMO雷达(或MIMO有源成像系统)。MIMO雷达主要有两种不同的类型。第一种被称为统计MIM0，其中天线(通常是所述“发射元件”和“接收元件”)被放置的彼此分隔的很远，以提供对目标(通常是所述“场景”)的不同的视角。MMO的第二种类型被称为波束成形(或集中式的(CO-lOCate))MIM0，其中所述天线被放置的彼此靠近，一起工作以形成一个“虚拟”波束成形阵列。本专利技术主要适用于所述波束成形MMO装置。在一维情况下的MMO波束成形，通常与其它技术(即，合成孔径雷达)相结合以形成2D图像。可选地，也可以在二维情况下使用MMO波束成形来形成2D图像。为了生成目标的完全的3D图像(或具有附加的距离/深度信息的2D图像)，所述布置典型地发射宽带连续波形(即调频连续波(FMCW))或宽带脉冲以提供测距信息。对于任何上述MMO波束成形布置，在目标和接收器/发射器布置之间有很大的距离时(所谓的“远场”情况)，在到目标的距离有变化的情况下，用于执行MIMO波束成形的针对给定角度方向的最佳权重并没有明显改变。然而，在目标和接收器/发射器布置之间的距离很短时(所谓的“近场”情况)，用于执行MIMO波束成形的最佳权重将随着距离的改变而显著改变。已经公知使用MMO波束成形技术的成像系统以及使用该技术获得距离信息。J. H. G. Ender 和 J. Klare 的“System Architectures and Algorithms for RadarImaging by MIM0_SAR(用于用多收多发合成孔径雷达进行雷达成像的系统架构和算法)”，IEEE Radar Conference 2009描述了一种系统,其中在一个维度(在这种情况下是机翼的方向)上采用MMO波束成形阵列并且在移动方向(在这种情况下是飞机的前进运动方向)上产生合成孔径雷达(SAR)以产生2D图像。通过使用调频连续波(FMCW)技术来获得第三维度(从飞机到地面上的目标之间的距离)。然而，该系统用于当发射器和地面上的目标之间有很大的距离时的情境。J. Klare、0 Saalmann 和 H. Wilden 的 “First Experimental Results with theimaging MIMO Radar MIRA-CLE X(成像多收多发雷达MIRA-CLE X的第一实验结果)IUSARConference 2010描述了一种系统，其中SAR与MMO波束成形结合以生成2D图像并且用FMCW来提供第三维度，该第三维度是到目标的距离信息。该系统的使用方式类似于J. H. G. Ender等描述的系统的使用方式，其中发射器和接收器之间的距离很大。X.zhuge 和 A.Yaravoy 的“MIMO-SAR Based UffB Imaging for concealedWeapon Detection (用于检测隐藏武器的基于UWB成像的多收多发合成孔径雷达)” EUSARConference 2010Aachen，德国，第195-197页描述了一种系统，其中SAR与MMO波束成形结合以生成2D图像。利用基于脉冲的超宽带信号(UWB)来获得第三维度(到目标的距离)。X. zhuge 和 A. Yaravoy 的 “Near-Field Ultra-wideband Imaging withTwo dimensional Sparse MIMO Array (用二维稀疏MIMO阵列进行近场超宽带信号成像)，，，Proceedings of the fourth European Conference Antennas andPropagation (EuCAP) 2010，第1-4页描述了一种系统，其中MMO波束成形在两个维度上被使用来产生2D图像。利用基于脉冲的超宽带信号(UWB)来获得第三维度(到目标的距离)
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种波束成形设备及相应的方法，其可用于近场情况下的有源成像，并且即使在场景(例如要被成像的目标)的距离改变时也提供高精度。本专利技术进一步的目标是提供一种相应的有源成像设备和相应的有源成像方法、波束成形单元、处理方法、以及相应的用软件实现该处理方法的计算机程序和存储有该计算机程序的非临时性计算机可读介质。根据本专利技术的一个方面，提供了一种波束成形设备，包括发射单元,包括向场景发射辐射的至少两个发射元件，辐射接收单元，包括从所述场景接收辐射并且从所述接收的辐射生成接收信号的至少两个接收元件，以及波束成形单元，通过使用波束成形权重来执行波束成形以从所述接收信号获得波束成形输出信号，其中，所述波束成形权重适合所述场景与一个或多个发射元件和/或接收元件之间的距离，所述距离通过距离指示符进行指示，并且其中，所述波束成形权重在所述距离改变的情况下被改变。根据本专利技术进一步的方面，提供了一种用于对场景进行成像的有源成像设备，包括根据本专利技术而提出的波束成形设备，以及处理单元，处理所述波束成形输出信号用于从所述波束成形输出信号构建图像和/或检测所述场景中的目标。根据本专利技术又进一步的方面，提供了一种波束成形单元，包括输入单元，接收从响应于向场景发射的辐射而从所述场景接收的辐射生成的接收信号，以及处理元件，通过使用波束成形权重来执行波束成形以从所述接收信号获得波束成形输出信号，其中，所述波束成形权重适合所述场景与一个或多个发射元件和/或接收元件之间的距离，所述距离通过距离指示符进行指示，并且其中，所述波束成形权重在所述距离改变的情况下被改变。根据相应方法的又另一方面，提供了一种计算机程序，包括用于当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行根据本专利技术的图像构建方法的各个步骤的程序代码装置，并且提供了一种存储了指令的非临时性计算机可读介质，所述指令在计算机上被执行时使得计算机执行根据本专利技术的波束成形方法的各个步骤。在从属权利要求中限定了本专利技术的优选实施例。应当理解，要求的波束成形设备、要求的方法、要求的计算机程序和要求的计算机可读介质与要求的波束成形设备具有相似和/或相同的优选实施例，如在从属权利要求中定义的。本专利技术是基于以下想法，当照射单元/接收单元(优选地形成共用发射器/接收器布置)和场景(尤其是场景中的应被成像的对象)之间的距离发生变化时，优化波束成形。当目标相对于形成接收波束的接收单元的孔径处于“近场”时，这对于短距离成像应用尤其重要。对于此类短距离应用，来自到接收天线的不同发射的所接收辐射的相位差随着场景(目标)相对于照射单元和接收单元的距离的变化而变化。这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束成形设备，包括：发射单元(110)，包括向场景(1)发射辐射的至少两个发射元件(111)，接收单元(120)，包括从所述场景(1)接收辐射并且从所述接收的辐射生成接收信号的至少两个接收元件(121)，以及波束成形单元(130)，通过使用波束成形权重来执行波束成形以从所述接收信号获得波束成形输出信号，其中，所述波束成形权重适合所述场景与一个或多个发射元件和/或接收元件之间的距离，所述距离通过距离指示符进行指示，并且其中，所述波束成形权重在所述距离改变的情况下被改变。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·斯蒂林加拉彻，王琪，拉尔夫·博赫科，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：