一种基于MIMO体制的近程三维成像装置及其成像方法与流程

文档序号:14686254发布日期:2018-06-15 00:10阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种基于MIMO体制的近程三维成像装置,其特征在于,包括N×N毫米波接收机面阵与同步发射机,所述N×N毫米波接收机面阵由N个毫米波接收机组成,所述同步发射机由M个发射天线组成;其中,所述M个发射天线分布设置于所述N×N毫米波接收机面阵的周缘且相互处于同一平面中。

2.一种利用权利要求1所述的基于MIMO体制的近程三维成像装置实现成像的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

S1对两个方位维即x,y方向进行傅立叶变换,并找到合适的滤波函数并匹配滤波;

S2计算发现相空间三个维度发生改变后,通过stolt插值矫正相空间并均匀采样;

S3采样后进行相空间融合处理,最后通过逆傅立叶运算得到目标点的三维图像;

根据上述步骤,即定义发射信号中心频率为,步进频率为,被测目标的坐标为(x,y,z),发射天线单元的坐标为(xt,yt,zt),接受天线单元的坐标为(xr,yr,zr),对于单个点目标成像,混频之后的步进频雷达回波信号可以表示为

s ( x r , y r , z r ) = g ( x , y , z ) exp [ - j 2 π ( f 0 + f ) ( R 1 + R 2 ) c ] - - - ( 1 ) ]]>

其中,发射天线到目标的距离 R 1 = ( x t - x ) 2 + ( y t - y ) 2 + ( z t - z ) 2 , ]]>接收天线到目标的距离 R 2 = ( x r - x ) 2 + ( y r - y ) 2 + ( z r - z ) 2 , ]]>第n个发\t射信号的步进频率f=(n-1)Δf,n=1,2........,N,g(x,y,z)为目标散射系数,也即需要恢复的目标图像,对(1)式x,y方位维做傅里叶变换之后得到:

其中,、、分别为x、y、r方向的波数

式(2)中的积分运算可以利用驻定相位原理进行求解,在驻定相位点,相位的一阶偏微分等于零,具体计算过程如下:

在驻相点解方程(3),得到:

x r = x - k x r ( z - z r ) k r 2 - k x r 2 - k y r 2 - - - ( 5 ) ]]>

驻相点解方程(4),得到:

y r = y - k y r ( z - z r ) k r 2 - k x r 2 - k y r 2 - - - ( 6 ) ]]>

其中(z-zr)>0

将式(4)和式(5)式代入中,可得:

然后,将三元泰勒定理用于上述方程(7)中,可得方程为:

其中:

R t = x t 2 + y t 2 + z t 2 , ]]>

α x = x t / x t 2 + y t 2 + z t 2 , ]]>

α y = y t / x t 2 + y t 2 + z t 2 , ]]>

α z = z t / x t 2 + y t 2 + z t 2 , ]]>

zr=-R0,R0为场景中心到阵列中心的距离;

式(8)中,前三项分别与目标的位置x,y,z成线性关系,所以可以通过三维逆傅里叶变换进行图像重构,最后两项表示距离走动的常数项;

将式(8)代入(2)式中可得:

s ( k r , k x r , k y r ) = g ( x , y , z ) exp [ - j ( ( k r 2 - k x r 2 - k y r 2 + k r α z ) z + ( k x r + k r α x ) x + ( k y r + k r α y ) y + k r 2 - k x r 2 - k y r 2 R 0 + k r R t ) ] - - - ( 9 ) ]]>

根据(9)式,可以得到匹配滤波函数:

v ( k r , k x r , k y r ) = exp [ j ( k r 2 - k x r 2 - k y r 2 R 0 + k r R t ) ] - - - ( 10 ) ]]>

匹配滤波之后的信号如下所示:

s F ( k r , k x r , k y r ) = s ( k r , k x r , k y r ) v ( k r , k x r , k y r ) = g ( x , y , z ) exp [ - j ( ( k r 2 - k x r 2 - k y r 2 + k r α z ) z + ( k x r + k r α x ) x + ( k y r + k r α y ) y ) ] - - - ( 11 ) ]]>

假设有m个发射单元,则第m个单元对应的波散关系为:

k x = k x r + k r α x . m k y = k y r + k r α y . m k z = k r 2 - k x r 2 - k y r 2 + k r α z . m ]]>

根据上述波散关系,将每一发射阵元对应的回波数据通过Stolt变换映射到目标三维即kx,ky,kz空间谱域,由此可以得到M块空间谱域填充结果,进而组成一个大的空间谱域支撑区分布,最后经三维空间逆傅立叶变换获得目标图像。

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