CN103454628B - 一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法，发射阵和接收阵都为直线阵，两者相互垂直。发射直线阵按照主动相控阵的工作方式次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲在发射前进行加权，以照射不同的条带。在接收端，利用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出所有条带的回波。最后，对各个条带的回波进行波束形成处理获得目标区域的三维像。本发明中可以节省大量阵元，不仅获得了发射阵增益，也可以使用波形更为简单的CW脉冲或LFM脉冲。

Description

一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法

技术领域

本发明涉及一种阵列成像方法。

背景技术

在阵列三维成像领域，为了获得成像区域三维图，可以使用具有空间三维分辨能力的矩形平面阵（Murino V and Trucco A,Three-dimensional image generation andprocessing in underwater acoustic vision,in Proc.IEEE,2000;88(12):103-1948.）。但是，使用平面阵会带来阵元数目巨大的缺点，导致三维成像系统的成本居高不下。为了节省三维成像系统的阵元个数并降低系统成本，王怀军（Wang H J.Narrowband MIMOradar imaging with two orthogonal linear T/R arrays.In Proceeding of ICSP2008,Beijing,China,2008:2513-2516.）、王党卫（Wang D W,Ma X Y,Chen A L,and Su Y,High-resolution imaging using a wideband MIMO radar system with two distributed arrays,IEEE Trans.Image Process.,2010;19(5):1280-1289.）和段广青（Duan G Q,Wang D Wand Ma X Y,Three-dimensional imaging via wideband MIMO radar system,IEEE Lett.Geos.remote sens.,2010；7(3):445-449.）等人研究了多输入多输出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）阵列的成像能力。根据MIMO阵列可获得虚拟阵元这一优点，使用两个相互垂直的直线阵（一个直线阵为发射阵，另一个直线阵为接收阵）来等效成一个虚拟矩形平面阵，可以大大节省三维成像系统中的阵元个数，降低系统成本。

但是，MIMO阵列的发射信号是相互独立的，这使得发射信号的能量均匀分布在空间中。因此，MIMO阵列没有发射阵增益。此外，在应用到三维成像系统时，MIMO阵列的发射信号多为编码类信号。这些编码信号的波形较为复杂，其稳健性低于常规的连续波（CW，Continuous Wave）脉冲和线性调频（LFM，Linear Frequency Modulation）脉冲。从而不利于MIMO阵列三维成像系统在复杂环境中的使用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种两个相互垂直的直线阵（其中一个直线阵作为发射阵，另一个直线阵作为接收阵）发射多个独立脉冲并处理这些脉冲的回波获得目标区域的三维像的方法。该方法中的发射阵列不但可以使用较为复杂的编码信号，也可以波形更简单的发射信号，如一组中心频率不同的CW脉冲或一组频带相互分开的LFM脉冲。本发明能够获得MIMO阵列三维成像系统所不具备的发射阵增益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)设定发射阵列为M元均匀直线阵，其阵元间距为d_t；发射阵列为N元均匀直线阵，其阵元间距为d_r；发射阵列和发射阵列相互垂直；发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成，所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍；在发射某个脉冲的时间内，所有的发射阵元都发射同一个脉冲；在发射第l个脉冲之前，l=1,2,…,L，对M个发射阵元进行发射加权，保证该脉冲在发射过程中指向第l个条带区域；当发射第l+1个脉冲时，调整M个发射阵元的加权值，使得第l+1个脉冲照射别的条带区域；按照先后顺序发射L个脉冲，共照射L个条带，采集这些条带的回波；

2)利用与第l个发射脉冲对应的匹配滤波器来处理N个阵元上的回波，获得第l个条带回波并同时抑制其他条带的回波；

3)对第l个条带的回波分量进行多波束处理，获得第l个条带的三维像；将L个条带的三维像拼接起来获得整个目标区域的三维像。

本发明的有益效果是：本发明中，发射直线阵次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲通过发射加权后分别照射不同的条带。在接收端，使用发射脉冲的拷贝对接收直线阵（与发射直线阵垂直）上的回波进行匹配滤波，利用脉冲之间的独立性来分离出各个条带的回波，并处理这些回波最终获得三维强度图。

与传统的使用矩形平面阵的三维成像方法相比，本发明中提出的方法可以节省大量阵元，与使用MIMO阵列的三维成像方法相比，本发明中的方法不仅获得了发射阵增益，也可以使用波形更为简单的CW脉冲或LFM脉冲。

本发明的基本原理经过了理论推导，实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明本发明提出的方法可以有效地对目标区域进行三维成像。

附图说明

图1是本发明中的阵列在工作时，不同脉冲照射不同条带的示意图以及阵列和目标所处的三维坐标体系；

图2是多个独立脉冲经过加权后，次序发射示意图；

图3是直接获得所有波束“脚印”的三维坐标和对应的散射强度的流程；

图4是距离维上的多个2D切片；

图5是利用距离维上的多个2D切片获得目标区域三维散射强度的流程；

图6是本发明中所涉及步骤的主要流程；

图7是位于z=-10米平面上的水下山丘与成像阵列的相对位置关系；

图8是估计出的所有波束“脚印”的三维坐标；

图9是估计出的所有波束“脚印”的散射强度，图中Am代表归一化的散射强度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的主要内容有：

1.发射阵和接收阵都为直线阵，两者相互垂直。发射直线阵按照主动相控阵的工作方式次序发射多个相互独立的脉冲。这些脉冲在发射前进行加权，以照射不同的条带。在接收端，利用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出所有条带的回波。最后，对各个条带的回波进行波束形成等处理获得目标区域的三维像。

2.通过计算机数值仿真，对本发明所提出的三维成像方法进行了检验，证明了本发明中提出的三维成像方法的有效性。

本发明的技术方案可分为以下3个步骤：

4)设定发射阵列和接收阵列的参数并对多个相互独立的脉冲进行加权、发射和接收。发射阵为M元均匀直线阵，其阵元间距为d_t。接收阵为N元均匀直线阵，其阵元间距为d_r。发射直线阵和接收直线阵相互垂直，两者可组成十字阵，也可组成“L”型阵或“T”型阵。

发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成。为了保证脉冲之间的独立性，要求所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍。在发射某个脉冲的时间内，发射阵的工作模式与主动相控阵是相同的，即所有的发射阵元在这个发射时间窗口内都发射同一个脉冲。因此，发射阵在发射该脉冲时具有指向性和发射阵增益。以第l（l=1,2,…,L）个脉冲为例，在发射该脉冲之前，对M个发射阵元进行发射加权，保证该脉冲在发射过程中指向第l个条带区域。当发射第l+1个脉冲时，调整M个发射阵元的加权值，使得第l+1个脉冲照射别的条带区域。这样，不同的发射脉冲就可以照射不同的条带区域。按照先后顺序发射L个脉冲，共照射L个条带，并采集这些条带的回波。

5)用发射脉冲的拷贝对回波进行匹配滤波处理以分离出各个条带的回波。由于不同的脉冲照射不同的条带，因此N元接收阵上的回波可以看作是L个条带的回波的时域叠加。又由于L个脉冲是相互独立的，当利用与第l（l=1,2,…,L）个发射脉冲对应的匹配滤波器来处理N个阵元上的回波时，能够在获得第l个条带回波的同时抑制其他条带的回波。因此，在忽略掉回波的多普勒频移后，与第l个发射脉冲对应的匹配滤波器的输出可以简化为第l个脉冲的自相关函数经过不同时延和幅度衰减后的时域叠加。

6)对匹配滤波器的输出进行波束形成等处理，获得三维像。对第l个条带的回波分量进行多波束处理，获得第l个条带的三维像。处理完L个条带的回波，获得L个条带的三维像。最后通过L个条带的三维像来获得整个目标区域的三维像。

下面对本发明的每个步骤作详细说明：

步骤1）的具体内容如下：

发射阵为间距等于d_t的M元均匀直线阵，接收阵为间距等于d_r的N元均匀直线阵。发射直线阵和接收直线阵相互垂直。发射直线阵与接收直线阵可组成了十字阵，也可组成“L”型阵或“T”型阵。

以十字阵为例，发射直线阵位于x轴，接收直线阵位于y轴，两者都位于z=0米的平面内且几何中心重合。以坐标原点为参考点，采用三维坐标体系和远场模型，如图1所示。其中，实心圆代表发射阵元，空心圆代表接收阵元，u为空间三维向量，u_φ为u在xoz平面上的投影，φ为u与xoz平面的夹角。u_θ为u_φ在yoz平面上的投影，θ为u_φ与xoz平面的夹角。

发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成。在发射某个脉冲的时间内，发射阵的工作模式与主动相控阵是相同的，即所有的发射阵元在这个发射时间窗口内都发射同一个脉冲。第l（l=1,2,…L）个脉冲可以表示为s^l(t)，对其进行发射加权，使其指向第l个条带。如此，当这些脉冲一个接一个地次序发射时，都会按照发射加权来照射不同的条带。因此，发射阵获得了MIMO阵列所不具有的发射阵增益和指向性。若发射信号为窄带信号，可以对每个脉冲进行调相来控制发射波束指向。若为宽带信号，可以对每个脉冲进行时延来控制发射波束指向。下面以中心频率为f₀的窄带信号为例，来说明这些脉冲的发射与接收过程。

设这L个脉冲的脉宽均为T₀。相邻脉冲之间的时间间隔均为ΔT₀。发射信号的总长度T可以表示为

T＝LT₀+(L-1)ΔT₀   (1)

为了避免发射信号和回波相互重叠，必须保证最后一个脉冲在回波到达前发射完毕。因此，一次发射的脉冲个数不能太多，其值是有限的。根据阵列到成像区域之间最短距离R_min、信号传播速度c和脉冲宽度T₀，并将相邻脉冲之间的时间间隔设为0，则L必须满足

其中为取整数，且该整数的值小于等于中的数值。当一次发射时照射到的L个条带不足以覆盖目标区域时，需要进行更多次的发射与接收才能完成对一片区域的全部照射。

以发射第l个窄带脉冲为例，与其主瓣指向对应的第m个发射阵元的时延为

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_m^l={\left[u^l\right]}^T{x}_{\mathrm{tm}}/c---\left(3\right)$

其中[·]^T代表取转置，u^l为方向向量，其表达式为

u^l＝[sin(θ^l)，0，cos(θ^l)]^T      (4)

θ^l为发射第l个脉冲时的波束指向角，

$x_{\mathrm{tm}}={[(m-1)d_t-\frac{M-1}{2}{d}_t,\mathrm{0,0}]}^T---\left(5\right)$

为第m个发射阵元的三维坐标，c为信号传播速度。与式（3）中时延对应的相移为

对每个脉冲根据式（6）来移相，可以使得每个脉冲照射不同的条带。对第l个脉冲进行加权来控制主瓣指向和旁瓣级后，第m个发射阵元上发射的经过加权后的第l个脉冲可以表示为

$s_m^l\left(t\right)={\left[{\mathrm{\ω}}_m^l\right]}^c{s}^l\left(t\right)---\left(7\right)$

其中，变量t代表时域项，[·]^c代表取共轭，

为第m个发射阵元上第l个脉冲的加权值，为幅度加权。对M元发射直线阵上的L个脉冲进行发射加权的示意图如图2所示。

由于在发射端，已经通过加权使各个脉冲照射不同的条带。因此在接收端，接收阵元上回波的主要分量可以看作是这些条带的散射信号的叠加。设第l个条带可以等效为P_l个散射点，其中第p（p=1,2,…Pl）个散射点的散射系数为σ^l,p。忽略掉扩展损失和介质吸收损失后，第l个脉冲的回波均由这P_l个散射点所贡献，则第n个接收阵元上的回波x_n(t)可表示为：

$x_n\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{x}^l\left(t\right)+n\left(t\right)---\left(9\right)$

其中n(t)为噪声项，x^l(t)为第l个条带的回波，其表达式为

$x^l\left(t\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P_l}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}^{l,p}{s}_m^l(t-{\mathrm{\τ}}_{t,m}^{l,p}-{\mathrm{\τ}}_{r,n}^{l.p}-{\mathrm{\τ}}^l)---\left(10\right)$

其中，为第m个发射阵元到第l个条带中第p个散射点的时延，为第n个接收阵元到相同散射点的时延，τ^l为发射第l个脉冲时，发射前面l-1个脉冲所占用的时间，其值为

τ_l＝(l-1)(T₀+ΔT)   (11)

步骤2）到步骤3）所涉及的相关理论和具体内容如下：

由于这些脉冲之间是相互独立的，且这些相互独立的脉冲照射不同的条带，因此可以利用匹配滤波处理来分离出所有条带的回波。对第n个阵元上的接收信号用第l个脉冲的拷贝信号来进行匹配滤波处理，其输出的表达式为

$y_n^l\left(t\right)=x_n\left(t\right)*h_l\left(t\right)---\left(12\right)$

其中h_l(t)＝[s^l(T₀-t)]^c为与第l个正交脉冲对应的冲击响应函数，*代表求卷积。不考虑回波的多普勒频移，匹配滤波处理可以看作是对回波求相关，每个匹配滤波器的输出为发射脉冲的自相关函数和互相关函数的叠加。将式（7）、式（9）和式（10）带入式（12），得到：

$y_n^l\left(t\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}^{l,p}{\left[{\mathrm{\ω}}_m^l\right]}^c{r}_{l,l}(t-{\mathrm{\τ}}_{t,m}^{l,p}-{\mathrm{\τ}}_{r,n}^{l,p}-{\mathrm{\τ}}^l-T_0)$

$+\underset{\tilde{l}\≠l}{\underset{\tilde{l}=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}^{l,p}{\left[{\mathrm{\ω}}_m^{\tilde{l}}\right]}^c{r}_{l,\tilde{l}}(t-{\mathrm{\τ}}_{t,m}^{\tilde{l},p}-{\mathrm{\τ}}_{r,n}^{\tilde{l},p}-{\mathrm{\τ}}^{\tilde{l}}-T_0)+n\left(t\right)*h_l\left(t\right)---\left(13\right)$

其中，r_l,l(t)为第l个脉冲的自相关函数，为第l个脉冲与第个脉冲之间的互相关函数，和分别与式中 和τ^l的意义一样，区别仅在于将l换成了

实际情况中，发射脉冲之间的独立性很难严格满足要求。在本发明中，只要脉冲的自相关峰值和互相关函数峰值满足下式：

$\frac{\max \left[r_{l,\tilde{l}}\left(t\right)\right]}{\max \left[r_{l,l}\left(t\right)\right]}\≤0.2---\left(14\right)$

即可认为脉冲之间是相互独立的。其中，max(·)代表求最大值。此外，当发射脉冲与噪声的相关输出满足

$\frac{\max [n\left(t\right)*h_l\left(t\right)]}{\max \left[r_{l,l}\left(t\right)\right]}\≤0.2---\left(15\right)$

可以认为发射脉冲与噪声之间是不相关的。则式（13）可以简化为仅包含自相关函数项的输出：

$y_n^l\left(t\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}^{l,p}{\left[{\mathrm{\ω}}_m^l\right]}^c{r}_{l,l}(t-{\mathrm{\τ}}_{t,m}^{l,p}-{\mathrm{\τ}}_{r,n}^{l,p}-{\mathrm{\τ}}^l-T_0)---\left(16\right)$

由式（16）可知，第l个匹配滤波器的输出为可以简化为第l个脉冲的自相关函数项。由于匹配滤波器的输出端接着波束形成器的输入端，据此可知，波束形成器的输入为某个发射脉冲的自相关函数经过不同时延和幅度衰减后的时域叠加。因此，只要一组脉冲之间的互相关函数满足式（14），其都可以用作本发明中的发射信号，如一组中心频率不同的CW脉冲或一组频带相互分开的LFM脉冲等。如此一来，可以避免使用MIMO阵列三维成像中的编码信号，降低了发射波形的复杂度。

对匹配滤波器的输出进行波束形成，表达式为

$B_q^l\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left[{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rn}}^q\right]}^c{y}_n^l\left(t\right)---\left(17\right)$

其中为对第l个条带进行波束形成时第q个波束的输出，

为对应的加权值，为幅度加权值，其中的相移可类比式（6）表示为

其中，u^q和x_rn分别为接收端的方向向量和接收阵元坐标，表达式分别为：

$u^q={[0,\sin \left({\mathrm{\φ}}_q\right),\cos \left({\mathrm{\φ}}_q\right)]}^T---\left(20\right)$

$x_{\mathrm{rn}}={[0,(n-1)d_r-\frac{N-1}{2}{d}_r,0]}^T---\left(21\right)$

获得所有波束的输出后，有两种方法获得目标区域的三维像：方法1为直接估计目标区域上所有波束“脚印”的三维坐标，并同时获得这些波束脚印的散射强度；方法2是按照时间序列获得多个二维（2D）强度切片，将这些2D切片在空间上排列起来，最终组合成一个目标区域散射强度的三维（3D）分布图。下面给出这两种方法的实现过程。

方法1：对每个波束输出进行回波到达时间（TOA，Time of Arrival）估计（吴英姿，多波束测深系统地形跟踪与数据处理技术研究，哈尔滨工程大学博士学位论文，2001.）。需要注意的时，每个波束下估计出的时延要减去匹配滤波器的固定延时和发射前l-1个脉冲花费的时间(l-1)(T₀+ΔT₀)。第l个条带中第q个波束的时延可表示为

$\mathrm{TO}{A}_q^l={\mathrm{\τ}}_q^l-T_0-(l-1)(T_0+\mathrm{\Δ}{T}_0)---\left(22\right)$

其中为用时延算法估计出的第l个条带中第q个波束“脚印”对应的时延。该波束“脚印”的三维坐标可表示为

$x_q^l=\frac{\mathrm{TO}{A}_q^l\×c}{2}\sin \left({\mathrm{\θ}}_l\right)---\left(23\right)$

$y_q^l=\frac{\mathrm{TO}{A}_q^l\×c}{2}\sin \left({\mathrm{\φ}}_q\right)---\left(24\right)$

$z_q^l=\frac{\mathrm{TO}{A}_q^l\×c}{2}\cos \left({\mathrm{\θ}}_l\right)\cos \left({\mathrm{\φ}}_q\right)---\left(25\right)$

根据式（22）～式（25），就可以获得第l个条带上所有波束“脚印”的三维坐标。获得波束“脚印”的三维坐标后，也可以同时获取该波束“脚印”对应的散射强度值。第l个条带中第q个波束“脚印”的强度值为

$A_q^l=\max \left|B_q^l\left(t\right)\right|---\left(26\right)$

其中，|·|代表求绝对值。

将所有条带的三维坐标拼接起来，就获得了目标区域的三维图。同时，也可按照式（26）获得该区域的三维散射强度图。利用该方法进行三维成像的流程如图3所示。

方法2：利用多个2D切片组合成3D图像的方式来构造物体的像。如图4所示，对所有波束输出按照时间序列取出多个2D切片。每一个2D切片都是一幅二维强度图。这些2D切片的平面与阵列所在平面是平行的。设阵列几何中心到某个切片的距离为H_z，该2D切片上第l个条带中的第q个波束“脚印”的x和y坐标可表示为

$x_q^l=H_z\tan \left({\mathrm{\θ}}_l\right)---\left(27\right)$

$y_q^l=[H_z/\cos \left({\mathrm{\θ}}_l\right)]\tan \left({\mathrm{\φ}}_q\right)---\left(28\right)$

对应的强度可表示为

$A_q^l=\left|B_q^l(t;t=\frac{2H_z}{c})\right|---\left(29\right)$

根据式（27）～式（29）获得距离为H_z的单个2D切片。将所有2D切片按照回波到达的先后顺序组合在一起，就可以得到目标区域的三维像。用多个2D切片来获得物体三维像的流程如图5所示。本发明中主要步骤的流程如图6所示。

与传统的使用矩形平面阵的三维成像方法相比，本发明中提出的方法可以节省大量阵元，其节省阵元数N_saved可表示为

N_saved＝MN+1-(M+N)   (30)。

以典型的水下三维声成像过程为例，给出本发明的实施实例。实施实例利用计算机进行数值仿真，来验证本发明中三维成像方法的效果。

1)设定阵列和目标参数：

设发射信号为声波，其在水下的传播速度为1500米/秒。发射直线阵沿x轴布置，接收直线阵沿y轴布置，且都位于z=0米的平面上。发射阵与接收阵阵元个数均为36，阵列的几何中心与坐标原点重合。在阵列正下方z=-10米的平面上，有一个底面为圆周的山丘，该山丘的顶点坐标为（0，0，-8）米。目标区域沿x轴和y轴的范围都是从-3.5米到3.5米，且所有散射点的散射强度都设为1。每个接收上的信噪比设为4dB，所加噪声为高斯白噪声。接收端采样频率设为1000kHz。阵列和该目标区域的相对置关系如图7所示。

2)设定发射信号参数

由于阵列中心到最近散射点的距离为10米，则信号传播的来回时延为13.3毫秒。因此，所有脉冲的总长度不可以超过13.3毫秒。仿真中设发射信号为8个脉宽等于1毫秒的LFM脉冲，其起始频率分别为200kHz、204kHz、208kHz、212kHz、216kHz、220kHz、224kHz和228kHz，带宽都等于2kHz。这8个LFM脉冲的发射主瓣指向θ^l分别为(-19°,-14°,-8.5°,-2.9°,2.9°,8.5°,14°,19°)。接收主瓣也为8个，其指向φ_q与发射波束指向θ^l对应相等。在进行发射和接收波束形成时，都是采用常规均匀加权，即阵元幅度加权值都为1。通过一次发射和接收，8个脉冲照射8个条带，每个条带又分为8个波束“脚印”，因此共形成64个波束“脚印”来覆盖整个目标区域。

3)进行三维成像

仿真中采用估计所有波束“脚印”三维坐标及其散射强度的方法。根据图2和图3的流程进行信号的发射、采集与处理，获得每个波束“脚印”的三维坐标。对所有波束“脚印”的三维坐标估计结果如图8所示，所有波束“脚印”的归一化散射强度如图9所示。

由图8可以看出，利用本发明中的方法，对波束“脚印”的三维坐标估计结果与原目标区域的轮廓相符合。为了进行定量分析，根据所有波束“脚印”的真实坐标，计算出图8中估计结果的均方误差。估计出的x坐标、y坐标和z坐标对应的均方误差分别为0.0170米、0.0212米和0.0248米，这说明估计出的三维坐标是准确的。由图9可已看出，所有波束“脚印”的归一化散射强度值都很接近。通过计算，可以得到这些归一化散射强度的均值为0.94、方差为0.015。这说明估计出的波束“脚印”散射强度与实际情况（目标区域由等强度的散射点组成）是吻合的。对图8和图9的分析结果表明，本发明中提出的方法可以有效地对目标区域进行三维成像。

根据实施实例，可以认为本发明提出的方法能够运用到阵列三维成像领域。

Claims (1)

1.一种使用多脉冲次序发射的三维成像方法，其特征在于包括下述步骤：

1)设定发射阵列为M元均匀直线阵，其阵元间距为d_t；接收阵列为N元均匀直线阵，其阵元间距为d_r；发射阵列和接收阵列相互垂直；发射信号由L个相互独立的脉冲在时域上串列而成，所有脉冲之间的互相关函数峰值小于等于自相关函数峰值的0.2倍；在发射某个脉冲的时间内，所有的发射阵元都发射同一个脉冲；在发射第l个脉冲之前，l＝1,2,…,L，对M个发射阵元进行发射加权，保证该脉冲在发射过程中指向第l个条带区域；当发射第l+1个脉冲时，调整M个发射阵元的加权值，使得第l+1个脉冲照射别的条带区域；按照先后顺序发射L个脉冲，共照射L个条带，采集这些条带的回波；

2)利用与第l个发射脉冲对应的匹配滤波器来处理N个阵元上的回波，获得第l个条带回波并同时抑制其他条带的回波；

3)对第l个条带的回波分量进行多波束处理，获得第l个条带的三维像；将L个条带的三维像拼接起来获得整个目标区域的三维像。