利用发射栅瓣的成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阵列成像方法。
【背景技术】
[0002] 在声纳、雷达以及医学等阵列成像技术中，一般采用半波长布阵（SuttonJL， Underwateracousticimaging,ProceedingsoftheIEEE，1979 ;67 (4):554-566.BaoZ， XingMDandWangT，Radarimagingtechnique，China:PublishHouseofElectronics Industry，2005.MakovskiA，Ultrasonicimagingusingarrays，Proceedingsof theIEEE，1979;67(4):484-495.)。为了提高方位分辨率，可以将阵元间距设为略大于 半波长。但是，当阵元间距过大时，波束图会产生栅瓣（VanTreesHLOptimumarray processing:part4ofdetection，estimation，andmodulationtheory.Hoboken:John Wiley&SonsInc.，2002.)。栅瓣的出现导致方位模糊。因此，传统成像方法都是避免栅瓣 的出现，并将栅瓣的出现看作有害现象而加以抑制。在抑制栅瓣的过程中，对阵列设计和发 射信号设计都会施加较多的束缚条件，从而导致成像系统的方位分辨率受到限制。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用发射栅瓣进行成像的方法，采用 大间距稀疏布置发射阵元产生较多的发射波束图栅瓣，利用发射波束图的主瓣和栅瓣对目 标区域进行离散照射（传统方法是避免栅瓣的出现，本发明则是需要用到发射栅瓣），设计 合适的密布接收阵列并将接收波束扫描方向仅限于发射主瓣和发射栅瓣方向，保证将接收 波束图主瓣对准发射主瓣或某个发射栅瓣的同时，接收波束图的低旁瓣或零点对准其它栅 瓣，从而达到获得某个栅瓣方向回波的同时抑制其它栅瓣回波的目的。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0005]1)设计所需的成像阵列，发射阵列为M元ULA，接收阵列为N元ULA，所述的ULA表 示均匀直线阵；发射ULA和接收ULA位于同一条直线上，且几何中心重叠；发射ULA为稀疏 阵列，接收ULA为密布阵列，发射阵元间距dt和接收阵元间距dr满足dt=Ndr;接收主瓣 指向其中某个发射栅瓣或主瓣时，接收波束图的零点或低旁瓣同时指向其它发射栅瓣；
[0006] 2)使用步骤1)设计的成像阵列进行信号发射、接收波束形成和成像处理，其中， 目标被建模为P个散射点，第P个散射点的角度为0p，即第P个散射点相对于接收ULA法 线方向的夹角，P= 1，2，…，P;在一个发射与接收周期中，M个发射阵元同时发射经过加权 的脉冲信号8(〇 = [&1(0。）a2(0Q)…aM(0Q)]HSQ(t)，其中，t代表时间，sQ(t)为原始发 射信号，am( 9 Q) =Amexp[-j2JrfQ(m-l)dtsin9Q/c]为M元发射ULA中第m个发射阵元上的 复加权，Am为对应的幅度加权，0 ^代表发射主瓣指向，f^为窄带发射信号的中心频率，c为 信号传播速度；
【主权项】
1. 一种利用发射栅瓣的成像方法，其特征在于包括下述步骤： 1) 设计所需的成像阵列，发射阵列为M元ULA，接收阵列为N元ULA，所述的ULA表示 均匀直线阵；发射ULA和接收ULA位于同一条直线上，且几何中屯、重叠；发射ULA为稀疏阵 列，接收ULA为密布阵列，发射阵元间距化和接收阵元间距化满足化=N化；接收主瓣指 向其中某个发射栅瓣或主瓣时，接收波束图的零点或低旁瓣同时指向其它发射栅瓣； 2) 使用步骤1)设计的成像阵列进行信号发射、接收波束形成和成像处理，其中，目标 被建模为P个散射点，第P个散射点的角度为0P，即第P个散射点相对于接收ULA法线方 向的夹角，P= 1，2,…，P;在一个发射与接收周期中，M个发射阵元同时发射经过加权的脉 冲信号s(t)=杠（0。）32(0。）…aM(0〇)]Hs〇(t),其中，t代表时间，s〇(t)为原始发射信 号，0。）=Am6xp[-j2 31f〇(m-l)dtSin0 〇/c]为M元发射ULA中第m个发射阵元上的复加 权，Am为对应的幅度加权，0。代表发射主瓣指向，f。为窄带发射信号的中屯、频率，C为信号 传播速度； 此时，M元发射ULA指向0。的波束庚中
， 入是与f。对应的信号波长； 利用接收ULA采集回波，第n个接收阵元上的回波
其中，n=l，2,…，N，Op为第P个散射点的散射强度，是第m个发射阵元到第P个散射点的时延，与:是第P个散射点到第n个接收阵元的时延，z"(t)代表噪声项； 在进行接收波束形成时，接收波束图的主瓣指向位于
的发
射波束图主瓣和栅瓣，第q个波束的输4 其中，q= 1，2,…，Q，Q代 表波束数；第n个接收阵元上的复加权
A。为幅度加权，0q为第q个波束的指向角。
【专利摘要】本发明提供了一种利用发射栅瓣的成像方法，设计具有大间距稀疏布置的发射阵列和小间距密集布置的接收阵列，接收主瓣指向其中某个发射栅瓣或主瓣时，接收波束图的零点或低旁瓣同时指向其它发射栅瓣；根据设计的阵列进行信号发射、接收波束形成和成像处理，获得目标区域的成像结果。本发明可以利用发射栅瓣来获得更多的照射角度，可获得高于传统方法的角度分辨率。
【IPC分类】G01S15-89, G01S13-89
【公开号】CN104793206
【申请号】CN201510209224
【发明人】刘雄厚, 孙超, 杨益新, 卓颉
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月28日