一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法技术

本发明专利技术提供了一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法，发射阵和接收阵都为直线阵，两者相互垂直。发射直线阵按照主动相控阵的工作方式次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲在发射前进行加权，以照射不同的条带。在接收端，利用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出所有条带的回波。最后，对各个条带的回波进行波束形成处理获得目标区域的三维像。本发明专利技术中可以节省大量阵元，不仅获得了发射阵增益，也可以使用波形更为简单的CW脉冲或LFM脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，发射阵和接收阵都为直线阵，两者相互垂直。发射直线阵按照主动相控阵的工作方式次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲在发射前进行加权，以照射不同的条带。在接收端，利用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出所有条带的回波。最后，对各个条带的回波进行波束形成处理获得目标区域的三维像。本专利技术中可以节省大量阵元，不仅获得了发射阵增益，也可以使用波形更为简单的CW脉冲或LFM脉冲。【专利说明】
本专利技术涉及一种阵列成像方法。
技术介绍
在阵列三维成像领域，为了获得成像区域三维图，可以使用具有空间三维分辨能力的矩形平面阵(Murino V and Trucco A, Three-dimensional image generation andprocessing in underwater acoustic vision, in Proc.1EEE, 2000;88(12):103-1948.X但是，使用平面阵会带来阵元数目巨大的缺点，导致三维成像系统的成本居高不下。为了节省三维成像系统的阵元个数并降低系统成本，王怀军(Wang H J.Narrowband MIMOradar imaging with two orthogonal linear T/R arrays.1n Proceeding of ICSP2008, Beijing, China, 2008:2513-2516.)、王党卫(Wang D ff, Ma X Y, Chen A L, andSu Y, High—resolution imaging using a wideband MIMO radar system with twodistributed arrays, IEEE Trans.1mage Process.，2010; 19 (5): 1280-1289.)和段广青(Duan G Q, Wang D W and Ma X Y, Three-dimensional imaging via wideband MIMO radarsystem, IEEE Lett.Geos, remote sens., 2010 ；7 (3): 445-449.)等人研究了多输入多输出(ΜΙΜΟ,Multiple-1nput Multiple-Output)阵列的成像能力。根据MIMO阵列可获得虚拟阵元这一优点，使用两个相互垂直的直线阵(一个直线阵为发射阵，另一个直线阵为接收阵)来等效成一个虚拟矩形平面阵，可以大大节省三维成像系统中的阵元个数，降低系统成本。但是，MIMO阵列的发射信号是相互独立的，这使得发射信号的能量均匀分布在空间中。因此，MMO阵列没有发射阵增益。此外，在应用到三维成像系统时，MMO阵列的发射信号多为编码类信号。这些编码信号的波形较为复杂，其稳健性低于常规的连续波(CW，Continuous Wave)脉冲和线性调频(LFM,Linear Frequency Modulation)脉冲。从而不利于MIMO阵列三维成像系统在复杂环境`中的使用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种两个相互垂直的直线阵(其中一个直线阵作为发射阵，另一个直线阵作为接收阵)发射多个独立脉冲并处理这些脉冲的回波获得目标区域的三维像的方法。该方法中的发射阵列不但可以使用较为复杂的编码信号，也可以波形更简单的发射信号，如一组中心频率不同的CW脉冲或一组频带相互分开的LFM脉冲。本专利技术能够获得MMO阵列三维成像系统所不具备的发射阵增益。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:I)设定发射阵列为M元均匀直线阵，其阵元间距为dt ;发射阵列为N元均匀直线阵，其阵元间距为4 ;发射阵列和发射阵列相互垂直；发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成，所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍；在发射某个脉冲的时间内，所有的发射阵元都发射同一个脉冲；在发射第I个脉冲之前，1=1，2，…，L，对M个发射阵元进行发射加权，保证该脉冲在发射过程中指向第I个条带区域；当发射第1+1个脉冲时，调整M个发射阵元的加权值，使得第1+1个脉冲照射别的条带区域；按照先后顺序发射L个脉冲，共照射L个条带，采集这些条带的回波；2)利用与第I个发射脉冲对应的匹配滤波器来处理N个阵元上的回波，获得第I个条带回波并同时抑制其他条带的回波；3)对第I个条带的回波分量进行多波束处理，获得第I个条带的三维像；将L个条带的三维像拼接起来获得整个目标区域的三维像。本专利技术的有益效果是:本专利技术中，发射直线阵次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲通过发射加权后分别照射不同的条带。在接收端，使用发射脉冲的拷贝对接收直线阵(与发射直线阵垂直)上的回波进行匹配滤波，利用脉冲之间的独立性来分离出各个条带的回波，并处理这些回波最终获得三维强度图。与传统的使用矩形平面阵的三维成像方法相比，本专利技术中提出的方法可以节省大量阵元，与使用MMO阵列的三维成像方法相比，本专利技术中的方法不仅获得了发射阵增益，也可以使用波形更为简单的CW脉冲或LFM脉冲。本专利技术的基本原理经过了理论推导，实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明本专利技术提出的方法可以有效地对目标区域进行三维成像。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术中的阵列在工作时，不同脉冲照射不同条带的示意图以及阵列和目标所处的三维坐标体系；图2是多个独立脉冲经过加权后，次序发射示意图；图3是直接获得所有波束“脚印”的三维坐标和对应的散射强度的流程；图4是距离维上的多个2D切片；图5是利用距离维上的多个2D切片获得目标区域三维散射强度的流程；图6是本专利技术中所涉及步骤的主要流程；图7是位于Z=-1O米平面上的水下山丘与成像阵列的相对位置关系；图8是估计出的所有波束“脚印”的三维坐标；图9是估计出的所有波束“脚印”的散射强度，图中Am代表归一化的散射强度。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术的主要内容有:1.发射阵和接收阵都为直线阵，两者相互垂直。发射直线阵按照主动相控阵的工作方式次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲在发射前进行加权，以照射不同的条带。在接收端，利用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出所有条带的回波。最后，对各个条带的回波进行波束形成等处理获得目标区域的三维像。2.通过计算机数值仿真，对本专利技术所提出的三维成像方法进行了检验，证明了本专利技术中提出的三维成像方法的有效性。本专利技术的技术方案可分为以下3个步骤:4)设定发射阵列和接收阵列的参数并对多个相互独立的脉冲进行加权、发射和接收。发射阵为M元均匀直线阵，其阵元间距为dt。接收阵为N元均匀直线阵，其阵元间距为火。发射直线阵和接收直线阵相互垂直，两者可组成十字阵，也可组成“L”型阵或“T”型阵。发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成。为了保证脉冲之间的独立性，要求所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍。在发射某个脉冲的时间内，发射阵的工作模式与主动相控阵是相同的，即所有的发射阵元在这个发射时间窗口内都发射同一个脉冲。因此，发射阵在发射该脉冲时具有指向性和发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法，其特征在于包括下述步骤：1)设定发射阵列为M元均匀直线阵，其阵元间距为dt；发射阵列为N元均匀直线阵，其阵元间距为dr；发射阵列和发射阵列相互垂直；发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成，所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍；在发射某个脉冲的时间内，所有的发射阵元都发射同一个脉冲；在发射第l个脉冲之前，l=1,2,…,L，对M个发射阵元进行发射加权，保证该脉冲在发射过程中指向第l个条带区域；当发射第l+1个脉冲时，调整M个发射阵元的加权值，使得第l+1个脉冲照射别的条带区域；按照先后顺序发射L个脉冲，共照射L个条带，采集这些条带的回波；2)利用与第l个发射脉冲对应的匹配滤波器来处理N个阵元上的回波，获得第l个条带回波并同时抑制其他条带的回波；3)对第l个条带的回波分量进行多波束处理，获得第l个条带的三维像；将L个条带的三维像拼接起来获得整个目标区域的三维像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，刘雄厚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：