一种mimo雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法
【专利摘要】本发明公布了一种多输入多输出（MIMO，Multiple-InputMultiple-Output）雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法。该发明首先基于等效相位中心技术（PCA，PhaseCenterApproximation）设计MIMO雷达发射、接收阵列的最小冗余布阵，进而针对近场目标实波束聚焦成像对二次相位误差进行高精度补偿，最后采用离散傅里叶变换（DFT，DiscreteFourierTransform）实现近场目标的实波束方位聚焦。本发明能有效提高近场目标的方位分辨率，且运算量小，易于工程实施。
【专利说明】 一种MIMO雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多输入多输出(MIMO, Multiple-1nputMultiple-Output)雷达近场实波束成像技术，特别涉及一种MMO雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法。
【背景技术】
[0002]MMO雷达较传统雷达性能上的优势就在于其分辨能力和实时性上。MMO雷达同时结合了阵列和波形分集技术，能够形成远多于实际阵元数目的虚拟阵元观测通道，这些观测通道都是以空间并行多发多收的组合方式进行回波信号的采集。另外，通过联合相干的方式来处理多通道的回波信号从而使得MIMO雷达的成像性能较其他成像雷达会有较大的提闻。
[0003]目前成熟的机载合成孔径雷达成像算法都是基于单站自发自收体制，如距离-多普勒(RD, Range-Doppler)算法、Chirp-Scaling (CS)算法等等，因此上述算法并不能直接应用于MIMO雷达成像。本发明基于等效相位中心(PCA,PhaseCenterApproximation)技术设计了一种疏发密收的最小冗余布阵方式，根据这种布阵方式可以得到一个自发自收的均匀线阵，并且等效阵元之间没有重叠，且无扫描栅瓣出现。
[0004]MMO雷达实波束成像受近场条件的限制，最小冗余布阵会产生一定的相位误差(远场条件下的相位误差可忽略不计)，进而影响了 MIMO雷达近场的成像质量。传统的数字波束形成技术不能直接得到目标的方位高分辨率，成像前必须对相位差进行补偿。有文献提出对不同等效相位中心的线性相位进行补偿然后进行相干积累，但需补偿不同发射阵元间引入的二次相位误差，实际工程处理中，由于目标方位角度和距离均未知，需逐距离单元分别补偿得到全空域范围内的聚焦成像图，其运算量是极其庞大的。因此，本发明考虑到二次相位误差在e =0°左右时变化最大，且最大相位跳变发生在发射阵元首尾两端，在目标方位分辨率损失可接收范围内，可分距离段对二次相位进行补偿再聚焦成像。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对MMO雷达近场目标方位聚焦存在高阶相位误差的缺陷，设计了一种均匀采样的MMO最小冗余发射、接收阵列构型，并提出了相应的MMO雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法。
[0006]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:
[0007]1.MIMO雷达最小冗余布阵
[0008]等效相位中心技术(PCA, Phase Center Approximation)即远场条件下一对收发分置的发射和接收阵元可以由位于它们中间位置的一个自发自收的等效阵元代替，M个发射阵元和N个接收阵元可以等效成MN个自发自收等效阵元组成的单站式MIMO雷达。
[0009]要想得到得到最小冗余的均匀等效阵列，可以基于PCA技术设计一种疏发密收的最小冗余布阵方式。MIMO雷达最小冗余布阵即由M个发射阵元和N个接收阵元组成的MIMO雷达布阵方式，M个发射阵元和N个接收阵元形成MN个等效阵元，等效阵元间距为d'，接收阵元间距为d=2d'，发射阵元间距D=Nd，N个接收阵元均匀排布在任意两个发射阵元之间，且接收阵列最外侧的阵元和其直接相邻的发射阵元间距为L=d/2，接收阵元相对于发射阵元是密集分布，发射阵元相对于接收阵元是稀疏分布，根据疏发密收的最小冗余布阵得到一个自发自收的均匀线阵。
[0010]2.方位聚焦相位补偿
[0011]采用最小冗余布阵的MIMO雷达，其近场目标当发射阵元改变时等效相邻阵元间接收信号除了线性相位外还存在二次相位跳变。发射、接收阵列分别沿X轴排列，M个发射阵元对应的位置序号分别为h=0，I,-,M-1 ;N个接收阵元对应的位置序号分别为k=0，丨，…，N-1。以第h个发射阵元为例，其与第N个接收阵元形成的等效阵元接收信号相位为(^，,而第h+1个发射阵元与第I个接收阵元形成的等效阵元接收信号相位为(K+u，则两者的相位差A 4>h为:
[0012]
【权利要求】
1.一种MIMO雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法，其特征在于包括如下步骤: . 1.MIMO雷达最小冗余布阵 MIMO雷达最小冗余布阵即由M个发射阵元和N个接收阵元组成的MIMO雷达布阵方式，M个发射阵元和N个接收阵元形成MN个等效阵元，等效阵元间距为d'，接收阵元间距为d=2d/，发射阵元间距D=Nd，N个接收阵元均匀排布在任意两个发射阵元之间，且接收阵列最外侧的阵元和其直接相邻的发射阵元间距为L=d/2，接收阵元相对于发射阵元是密集分布，发射阵元相对于接收阵元是稀疏分布，根据疏发密收的最小冗余布阵得到一个自发自收的均匀线阵；
2.方位聚焦相位补偿 采用最小冗余布阵的MMO雷达，其近场目标当发射阵元改变时等效相邻阵元间接收信号除了线性相位外还存在二次相位跳变，发射、接收阵列分别沿X轴排列，M个发射阵元对应的位置序号分别为h=0, I,…，M-1, N个接收阵元对应的位置序号分别为k=0, I,…，N-1，以第h个发射阵元为例，其与第N个接收阵元形成的等效阵元接收信号相位为(K，n，而第h+1个发射阵元与第I个接收阵元形成的等效阵元接收信号相位为(K+u，两者的相位差A 4>h为:.1I,2k.a h+\ — M12 9
3.近场实波束方位成像 MIMO雷达近场目标实波束方位聚焦成像就是对二次相位补偿后的各等效阵元接收信号间的线性相位进行补偿然后进行相干积累，采用DFT实现，具体信号处理流程为: i?所有接收阵列对不同发射阵元发射信号分别进行信号分离，得到NXM维的观察信号，取目标所在距离单元信号X1 (1=0, I, - ,MN-1.)； ii?经相位补偿后的输出信号为X/ ； ii1.根据目标角度e,得到数字波束形成的DFT矢量为
【文档编号】G01S7/02GK103728591SQ201310694660
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】沈明威, 彭娟, 王杰 申请人:河海大学