CN109001754B - 用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 - Google Patents
用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109001754B CN109001754B CN201710418383.8A CN201710418383A CN109001754B CN 109001754 B CN109001754 B CN 109001754B CN 201710418383 A CN201710418383 A CN 201710418383A CN 109001754 B CN109001754 B CN 109001754B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array
- mimo
- transmitting
- arc
- receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法,包括:确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵,MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵,接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间;建立MIMO弧形阵列与MIMO线阵几何转换关系,得到补偿函数;MIMO线阵的发射阵元发射单频信号,MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号;对接收信号在发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换,得到空间谱;结合补偿函数及空间谱,在等效MIMO线阵的方位向上进行成像,得到目标反射系数函数。本发明通过构建弧形MIMO阵列,在一定阵列长度下,利用较少阵元,实现了高效率方位向成像,为降低***成本提供可能。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域,尤其涉及一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法。
背景技术
在MIMO阵列成像的应用中,成像方法显然是极其重要的一个环节,因为成像方法的准确性和效率很大程度上决定了***成像结果的好坏与运行速度。设计MIMO阵列方位向成像方法主要是在一定MIMO阵列拓扑结构条件下,有效解决阵列长度、阵元数目和方位分辨率三者之间的关系,并同时兼顾运算效率。阵列长度与阵元数目直接决定了阵元间距,即确定了空间采样率,当其满足奈奎斯特采样定律时,方位向成像才不会出现混叠现象。一般来说,距离近的方位向成像需要较小的阵元间距,而距离远的方位向成像需要的阵元间距较大。为了获得较高方位向分辨率,需要增加阵列长度或减小成像距离,而这受到阵元间距的制约。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题,本发明提供了一种在太赫兹频段下的MIMO弧形阵列方位向成像方法,通过构建弧形MIMO阵列,设计方位向成像方法,旨在一定阵列长度下,利用较少阵元,即可实现高效率方位向成像,为降低***成本提供可能。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面,提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法,包括:
确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵,其中所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成多个发射子阵,接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间;
建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系,并得到补偿函数;
经MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换之后,MIMO线阵的发射阵元发射单频信号,MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号;
对接收阵元接收的目标散射信号分别在该等效MIMO线阵的发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换,得到空间谱;
结合补偿函数及空间谱,在等效MIMO线阵的方位向上进行成像,得到目标反射系数函数。
在一些实施例中,所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成两个发射子阵,其接收阵元构成一个接收阵列,接收阵列位于所述两个发射子阵之间。
在一些实施例中,所述MIMO弧形阵列包括NT个发射阵元和NR个接收阵元,所述NT个发射阵元构成两个发射子阵,分别位于接收阵列两端,发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR,对于每个发射子阵,发射阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθT,阵元间距为dT=RAdθT。
在一些实施例中,所述NR个接收阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθR,阵元间距为dR=RA dθR;设定目标O位于半径为RO的圆弧上并满足RO<RA,目标O的极坐标为(RO,θO),MIMO弧形阵列中NT个发射阵元的极坐标为NR个接收阵元的极坐标为其中m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR。
在一些实施例中,所述MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵包括NT个发射阵元和NR个接收阵元,分别按间距dT和dR等间隔排列;NT个发射阵元构成发射阵列,NR个接收阵元构成接收阵列,发射阵列长度为A′TB′T,接收阵列长度为A′R B′R,且和目标O′(x,RO)与MIMO线阵的垂直距离为D=RA-RO,发射阵元坐标为接收阵元坐标为其中m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR。
在一些实施例中,建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系,并得到补偿函数,包括:
确定MIMO弧形阵列与等效MIMO线阵之间的几何转换对应关系;
根据几何转换对应关系,得到如下关系式:
定义等效相位差Δφ,计算公式如下:
在一些实施例中,经过MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换后,目标点位置为O′(x,RO),目标反射系数函数为I(x,RO),考虑传播损耗,由任一发射阵元发射波长为λ的单频信号p(k),任一接收阵元接收目标散射信号其中m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR。
在一些实施例中,对接收信号分别在该发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换,得到空间谱,包括:
将等效MIMO线阵的接收信号s(xT,xR)表示为:
分别在xT和xR维度上对s(xT,xR)进行傅里叶变换,得到:
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,本发明用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法至少具有以下有益效果:
在一定MIMO阵列拓扑结构条件下,接收阵元构成的接收阵列位于多个发射子阵之间,有效解决阵列长度、阵元数目和方位分辨率三者之间的约束关系,实现了有限阵元数目条件下保证目标方位向成像质量,为降低***成本提供可能。
附图说明
图1为根据本发明实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法的流程图。
图2为MIMO弧形阵列到等效MIMO线阵的几何转换示意图(其中(a)为MIMO弧形阵列,(b)为等效MIMO线阵)。
图3为16发16收MIMO弧形阵列仿真场景示意图。
图4为16发16收MIMO弧形阵列实例示意图。
图5为MIMO弧形阵列方位向成像结果示意图(其中(a)为归一化方位向成像结果,(b)为归一化方位向成像结果dB显示)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是,在附图或说明书描述中,相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式,为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外,虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但应了解,参数无需确切等于相应的值,而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外,以下实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
在本发明的一个示例性实施例中,提供了一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法。图1为根据本发明实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法的流程图。如图1所示,本实施例用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法包括:
步骤A:设计一个包括NT个发射阵元和NR个接收阵元的MIMO弧形阵列,其中,NT个发射阵元构成两个发射子阵,NR个接收阵元构成一接收阵列(也可称作接收子阵),所述两个发射子阵分别位于接收阵列两端,发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR,对于每个发射子阵,发射阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθT,阵元间距为dT=RA dθT。同样地,所述NR个接收阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθR,相邻接收阵元的间距为dR=RA dθR。假定目标O位于半径为RO的圆弧上并满足Ro<RA,目标O的极坐标为(RO,θO),MIMO弧形阵列中NT个发射阵元的极坐标为NR个接收阵元的极坐标为其中m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR;
步骤B:考虑该MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵包括NT个发射阵元和NR个接收阵元,分别按间距dT和dR等间隔排列,NT个发射阵元构成一发射阵列,NR个接收阵元构成一接收阵列,等效MIMO线阵的发射阵列长度为A′TB′T,接收阵列长度为A′RB′R,且和目标O′(x,RO)与MIMO线阵的垂直距离为D=RA-RO,发射阵元坐标为接收阵元坐标为其中m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR;
图2为本发明的MIMO弧形阵列到等效MIMO线阵的几何转换示意图。图2中的(a)为本发明的MIMO弧形阵列,NT和NR均为偶数。图3和图4分别给出了MIMO弧形阵列仿真场景和阵列实施例,NT=16,NR=16,也即MIMO弧形阵列包括16个发射阵元和16个接收阵元,所述16个接收阵元构成一接收子阵,所述16个发射阵元构成两个发射子阵,左发射子阵和右发射子阵,分别位于接收子阵两侧;其中,每个发射子阵的发射阵元的数量为8个。
所述步骤C,包括:
子步骤C1:MIMO弧形阵列与等效MIMO线阵之间的几何转换对应关系为:
子步骤C3:根据步骤C1给出的几何转换关系,可以得到如下关系式:
定义等效相位差Δφ,计算公式如下:
步骤D:经过MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换后,目标点位置为O′(x,RO),目标反射系数函数为I(x,RO),考虑传播损耗,由某一发射阵元发射波长为λ的单频信号p(k),某一接收阵元接收目标散射信号其中x表示方位向位置,k表示波数,m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR;
步骤E:由于m=1,2,…,NT,n=1,2,…,NR,也即可表示任意发射阵元及接收阵元,故省去下标m和n,对接收信号s(xT,xR)分别在xT和xR维度进行傅里叶变换,得到空间谱其中分别表示xT,xR对应的傅里叶变换后的变量;
所述步骤E,包括:
根据步骤D,将等效MIMO线阵的接收信号s(xT,xR)表示为:
分别在xT和xR维度上对s(xT,xR)进行傅里叶变换,可以得到:
进一步推导可得:
将其简化表示如下:
所述步骤F,包括:
本领域技术人员应当清楚的是,虽然上述示例性实施例中发射子阵为两个,接收阵列为一个,但本发明并不限于此,本领域技术人员可以适当调整发射子阵和接收阵列的数量,并不影响本发明的实现。
本实施例中,图5中的(a)和图5中的(b)分别给出了MIMO弧形阵列方位向成像结果,即目标反射系数函数I(x,RO)的归一化方位向成像结果和归一化方位向成像结果dB显示。
至此,已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述,本领域技术人员应当对本发明用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法有了清楚的认识。
此外,上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述,本发明通过建立MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换关系,设计等效MIMO线阵太赫兹频段方位向成像方法,有效解决阵列长度、阵元数目和方位分辨率三者之间的约束关系,实现有限阵元数目条件下保证目标方位向成像质量,为降低***成本提供可能。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法,包括:
确定MIMO弧形阵列的等效MIMO线阵,其中所述MIMO弧形阵列的发射阵元构成两个发射子阵,其接收阵元构成一个接收阵列,接收阵列位于所述两个发射子阵之间;
所述MIMO弧形阵列包括NT个发射阵元和NR个接收阵元,所述NT个发射阵元构成两个发射子阵,分别位于接收阵列两端,发射子阵与接收阵列的相邻间距为dTR,对于每个发射子阵,发射阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθT,阵元间距为dT=RAdθT;
所述NR个接收阵元等间隔位于以C点为圆心,半径为RA的圆弧上,对应的阵元间隔角度为dθR,阵元间距为dR=RAdθR;设定目标O位于半径为RO的圆弧上并满足RO<RA,目标O的极坐标为(RO,θO),MIMO弧形阵列中NT个发射阵元的极坐标为NR个接收阵元的极坐标为其中m=1,2,…,NT;n=1,2,…,NR;
建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系,并得到补偿函数;
经MIMO弧形阵列到MIMO线阵的几何转换之后,MIMO线阵的发射阵元发射单频信号,MIMO线阵的接收阵元接收目标散射信号;
对接收阵元接收的目标散射信号分别在该等效MIMO线阵的发射阵元和接收阵元空间位置维度进行傅里叶变换,得到空间谱;
结合补偿函数及空间谱,在等效MIMO线阵的方位向上进行成像,得到目标反射系数函数。
3.根据权利要求1所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法,其中,建立MIMO弧形阵列与其等效MIMO线阵之间的几何转换关系,并得到补偿函数,包括:
确定MIMO弧形阵列与等效MIMO线阵之间的几何转换对应关系;
根据几何转换对应关系,得到如下关系式:
定义等效相位差Δφ,计算公式如下:
其中,λ为入射的单频信号波长。
7.根据权利要求1所述的用于太赫兹频段MIMO弧形阵列方位向成像方法,其中,所述MIMO弧形阵列包括16个发射阵元和16个接收阵元,所述16个发射阵元构成两个发射子阵,每个发射子阵的发射阵元的数量为8个。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710418383.8A CN109001754B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710418383.8A CN109001754B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109001754A CN109001754A (zh) | 2018-12-14 |
CN109001754B true CN109001754B (zh) | 2021-11-23 |
Family
ID=64573413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710418383.8A Active CN109001754B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109001754B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110554383B (zh) * | 2019-09-04 | 2021-04-06 | 中国科学院电子学研究所 | 用于微波频段的mimo环形阵列方位向成像方法及装置 |
CN110988869B (zh) * | 2019-11-22 | 2022-02-11 | 中国科学院电子学研究所 | 基于mimo阵列的成像方法及装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102474311A (zh) * | 2009-07-28 | 2012-05-23 | 三星电子株式会社 | 用于基于闭环变换的码本的天线波束形成的方法和装置 |
CN103728591A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-16 | 河海大学 | 一种mimo雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法 |
CN104269658A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-07 | 内蒙古工业大学 | 用于mimo-sar成像的弧形阵列天线 |
CN104280735A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-14 | 内蒙古工业大学 | 基于弧形阵列天线的mimo-sar成像方法及装置 |
CN106338731A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-18 | 西安电子科技大学 | 一种多子带并发的mimo‑sar雷达成像方法 |
-
2017
- 2017-06-06 CN CN201710418383.8A patent/CN109001754B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102474311A (zh) * | 2009-07-28 | 2012-05-23 | 三星电子株式会社 | 用于基于闭环变换的码本的天线波束形成的方法和装置 |
CN103728591A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-16 | 河海大学 | 一种mimo雷达近场目标高效实波束方位聚焦方法 |
CN104269658A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-07 | 内蒙古工业大学 | 用于mimo-sar成像的弧形阵列天线 |
CN104280735A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-14 | 内蒙古工业大学 | 基于弧形阵列天线的mimo-sar成像方法及装置 |
CN106338731A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-18 | 西安电子科技大学 | 一种多子带并发的mimo‑sar雷达成像方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
室内实测数据太赫兹合成孔径雷达成像研究;江兆凤等;《电子测量技术》;20161031;第39卷(第10期);第65-70页 * |
直升机载弧形阵列MIMO微波成像技术研究;黄平平等;《雷达学报》;20150228;第4卷(第1期);第11-19页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109001754A (zh) | 2018-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9496611B2 (en) | System and method for coherent processing of signals of a plurality of phased arrays | |
CN110596646B (zh) | 一种基于mimo体制的提高雷达角度分辨率的布局及方法 | |
JP6130116B2 (ja) | 受信アレーアンテナ装置 | |
CN109765562B (zh) | 一种三维前视声像声纳***和方法 | |
CN108828603B (zh) | 一种基于十字型的三维成像声纳阵列的稀疏优化方法 | |
CN107104720B (zh) | 基于协方差矩阵虚拟域离散化重建的互质阵列自适应波束成形方法 | |
CN108020812B (zh) | 基于特殊三平行线阵结构的二维doa估计方法 | |
CN104656073B (zh) | 三维成像声纳波束形成方法及在多核处理器上的实现方法 | |
CN113126087B (zh) | 一种星载干涉成像高度计天线 | |
CN106855619B (zh) | 一种获取mimo成像雷达***各方向的分辨率的方法 | |
CN109001754B (zh) | 用于太赫兹频段mimo弧形阵列方位向成像方法 | |
CN107271989B (zh) | 一种具有最优旋转角的低波束旁瓣mimo声纳阵型 | |
CN101504458B (zh) | 一种基于相位滤波的波束形成方法 | |
CN109116334A (zh) | 基于超波束加权的声纳波束形成方法及*** | |
CN105929384A (zh) | 基于十字阵发射圆环阵接收的联合低旁瓣多波束形成方法 | |
CN108880586B (zh) | 一种宽带弱信号增强方法与装置 | |
CN110736976B (zh) | 一种任意阵形的声纳波束形成器性能估计方法 | |
CN108957449A (zh) | 基于mimo阵列合成孔径的三维快速成像方法及装置 | |
CN112649806B (zh) | 一种mimo雷达近场三维成像方法 | |
CN110554383B (zh) | 用于微波频段的mimo环形阵列方位向成像方法及装置 | |
CN108761433B (zh) | 一种使用mimo声纳差合阵处理的高分辨成像方法 | |
CN106990385B (zh) | 基于最小冗余线阵的非均匀面阵设计方法 | |
CN109375197B (zh) | 一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法 | |
CN116679306A (zh) | 一种基于系数修正的扩展孔径声纳成像方法 | |
CN114355297B (zh) | 一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |