基于多重加权校正的近场快速成像方法

本发明属于目标成像，特别涉及一种电磁散射场快速成像方法，可用于步进频mimo体制阵列的近场成像系统。

背景技术：

1、mimo雷达因其多发多收的特点具有空间并行多通道采样能力，基于mimo阵列的近场微波成像技术在许多应用中受到广泛的关注，现阶段对于mimo体制成像技术的研究，主要通过等效相位中心近似原理进行阵列计算，但该方法不适用于近场成像，且方法较为复杂。研究针对mimo体制的快速成像方法，对于解决生物医疗成像、穿墙/探地雷达、无损检测、人体安检等场景的成像速度慢的难题具有重要的意义。

2、针对mimo阵列近场快速成像问题，一方面通过阵列设计提高mimo阵列的近场成像速度或质量。例如，通过设计mimo子阵列，在mimo机制中应用基于单输入单输出siso机制的成像算法。然而，该方法限制了阵列布局，因此无法应用于多种场景。另一种方法是成像方法设计，时延曲线校正后向投影tcc-bp方法是一种针对mimo体制的一种近场快速成像方法，但是该算法在近场小场景成像时，即在距离徙动随方位变化显著的情况下，存在对于偏离方位中心的目标成像聚焦性能差的问题，且成像速度较慢。

3、申请公布号为cn11496667a的专利申请，公布了一种基于距离补偿的mimo阵列快速成像方法，其通过对等效阵列的阵列信号进行距离走动校正，提取目标距离信息并计算距离补偿系数；再对等效阵列的阵列信号进行幅度及相位复加权处理，对复加权处理后的阵列信号进行快速成像处理；最后对快速成像结果进行坐标变换获得像场分布。该方法需要获得物体平面到阵列平面的准确距离，再进行后续的距离补偿操作，且需要成像目标平面与成像mimo收发平面阵列满足平行状态，因而不适用于广泛的成像场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于多重加权校正的近场快速成像方法，以提高成像的速度和精度，并减少对成像的限制条件扩大成像场景，提升其泛用性。

2、实现本发明目的的技术思路是：通过单发多收模块化技术将全回波序列分为多个部分，避免成像过程中的串行操作，提升成像速度。通过构建多重加权校正字典，并将其与回波数据在频域相乘完成距离徙动校正，进一步提升成像速度和精度，并减少对成像的限制条件。

3、根据上述思路，本发明的实现步骤包括如下：

4、1.一种基于多重加权校正的近场快速成像方法，其特征在于：包括：

5、(1)根据目标场景设置mimo收发阵列，获取mimo阵列中每组收发通道下经q个目标点散射后的回波数据s，其中q＝1,2,...,q，q为目标点个数；

6、(2)根据发射天线的数量将回波数据划分为数个单发多收simo模块，将每个simo模块的回波数据堆叠成维度为n×i的二维矩阵sr(xt,m)，其中n为接收天线个数，i为步进频频点个数，r表示接收，xt,m表示第m个发射天线的方位向变量，t表示发射,m＝1,2,...,m,m表示发射天线个数；

7、(3)构建维度为n×1的多重加权校正字典ψ(xt,m)：

8、(3a)根据信号频率、目标距离、阵列宽度和参考点的方位向建立权函数w(xref,g)，其中xref,g表示参考点g的方位向变量，g＝1,2,...,g,g表示参考点个数；

9、(3b)基于参考点g，根据回波时延与权函数w(xref,g)建立加权相位相乘器ψref,g(xt,m,xr,n)，其中xr,n表示第n个接收天线的方位向变量；

10、(3c)根据加权相位相乘器ψref,g(xt,m,xr,n)，得到维度为n×1的多重加权校正字典ψ(xt,m)；

11、

12、其中表示第n个发射天线的加权相位相乘器的在所有参考点的总和，t表示矩阵转置；

13、(4)利用多重加权校正字典ψ(xt,m)进行距离徙动校正，再将回波数据变换为时域；

14、(5)构建维度为n×le的相位校正矩阵φ(xt,m)，利用该相位校正矩阵φ(xt,m)在时域进行相位校正，其中l表示方位向划分像素点个数，e表示距离向划分像素点个数；

15、(6)将每个simo模块的回波数据均进行步骤(3)至步骤(5)的处理，并将这些相位校正后的回波数据按simo模块再进行相干叠加，获得mimo阵列的成像结果imimo。

16、本发明与现有技术相比，具有如下的优势：

17、第一，本发明通过mimo体制进行成像，能够形成远多于实际物理阵元数目的观测通道，可以在相同孔径下获得更多通道的回波数据，获得比实孔径阵列更高的空间分辨能力；

18、第二，本发明通过simo模块化处理，能够避免对mimo阵列的m×n个通道逐个进行时延曲线校正以及方位向聚焦等串行操作，从而提升成像的运算效率；

19、第三，本发明由于构建了一种多重加权校正字典ψ(xt,m)，并利用此字典进行距离徙动校正，不仅可以避免后向投影bp方法的距离向插值，极大地简化了计算过程，缩短计算时间，而且减小了目标方位偏离中心时距离向聚焦差的情况，提高了成像质量。

技术特征：

1.一种基于多重加权校正的近场快速成像方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述每个simo模块的回波数据堆叠成维度为n×i的二维矩阵sr(xt,m)，表示如下：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3a)建立的权函数w(xref,g)，表示为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3b)中建立的加权相位相乘器ψref,g(xt,m,xr,n)，表示如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(4)中利用多重加权校正字典ψ(xt,m)进行距离徙动校正，再将回波数据变换为时域，其公式表示如下：

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述(5)中构建维度为n×le的相位校正矩阵φ(xt,m)，实现如下：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中利用相位校正矩阵φ(xt,m)在时域进行相位校正，公式如下：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)获得的mimo阵列成像结果imimo，表示如下：

技术总结
本发明提出了一种基于多重加权校正的近场快速成像方法，主要解决现有技术进行MIMO体制成像时计算效率低、计算时间长的问题。其实现方案为：1)分别获取MIMO阵列中每组通道的回波数据；2)将回波数据划分为数个SIMO模块，将每个SIMO阵列的回波数据堆叠成维度为为N×I的二维矩阵；3)构建多重加权校正字典，并与回波数据在频域相乘完成距离徙动校正；4)在时域将回波数据与相位校正矩阵相乘完成相位校正和相干叠加；5)将各个SIMO模块相干叠加获得MIMO阵列的成像结果。本发明利用单发多收模块化技术和时延曲线多重加权校正技术，避免了成像过程中的串行操作，缩短了计算时间，可用于MIMO体制近场快速成像。

技术研发人员：张帅,高营,刘世龙,归佳瑶,黄汇阳,吕政良
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21