CN114545403B - 一种基于空间频率域干涉观测的mimo雷达成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MIMO雷达技术领域，特别涉及一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统。所述系统包括：发射天线阵列T、接收天线阵列R和信号处理模块；接收天线阵列R由第一接收子阵A和第二接收子阵B组成；信号处理模块，用于对第一接收子阵A和接收天线阵列R接收的发射信号的回波进行相关干涉运算，相关干涉结果集合C向接收天线阵列的空间频率域采样网格U进行映射处理，作为空间频率域干涉观测结果V，并对空间频率域干涉观测结果V进行逆傅里叶变换反演成像，以得到MIMO雷达成像结果。本发明提高了接收天线单元和发射天线单元的隔离度，避免发射信号对接收信号的干扰；降低了成像运算复杂度，成像速度快；不依赖平台和目标的相对运动，对成像场景无特殊要求。

Description

一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统

技术领域

本发明涉及MIMO雷达技术领域，特别涉及一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统。

背景技术

多输入多输出(Multi Input Multi Output，MIMO)雷达可以等效合成一个大口径的虚拟接收阵，使用MIMO雷达进行雷达成像是一个重要的应用方向。后像投影(BackProjection,BP)类算法对MIMO雷达数据进行成像是一种常规的MIMO雷达成像方法，(参考文献：Ahmed I.Study of the Local Backprojection Algorithm for Image Formationin Ultra Wideband Synthetic Aperture Radar.Sweden:Bleking Institute ofTechnology，2008)，其基本原理为：基于时延相加的思想，通过对回波数据的相干叠加，还原成像目标信息；且由于BP算法对MIMO雷达发射接收天线阵列的构型没有特殊的约束，适用于任何阵列类型。使用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术是用于MIMO雷达数据的成像处理是另一种MIMO雷达成像方法(参考文献：Cristallini D and PastinaD.Exploiting MIMO SAR potentialities with efficient cross-track constellationconfigurations for improved range resolution.IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing,2010,49(1):38-52),MIMO-SAR成像方法使用发射信号作为参考波形对接收信号进行匹配滤波，其优点在于利用多个回波之间的空间相位关系，能够合成更大带宽的距离向回波，从而显著地提高系统距离向分辨率。

但是，利用BP算法对MIMO雷达数据进行成像处理时，运算量大，难以快速实时成像等问题；而利用合成孔径雷达技术对MIMO雷达数据的成像处理时，对MIMO收发阵列的硬件隔离度有较高要求，且观测场景依赖平台和目标的相对运动。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有MIMO雷达成像方法运算量大、难以快速成像、对收发阵列的硬件隔离度有较高要求和观测场景依赖平台和目标的相对运动的问题，从而提出一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统，通过合理布局MIMO雷达接收天线阵列和发射天线阵列中天线单元的位置，对接收天线阵列的接收信号进行互相关干涉运算，得到空间频率域干涉观测结果，对空间频率域干涉观测结果进行基于逆傅里叶变换的图像反演，得到MIMO雷达成像结果，以提高接收天线单元和发射天线单元的隔离度，降低成像运算复杂度，进行快速成像，且不依赖平台和目标的相对运动。

本发明提供的一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法，包括以下步骤：

步骤1)对接收天线阵列进行设计；设定MIMO雷达的接收天线阵列的横向最小空间频率域采样间隔d_x、纵向最小空间频率域采样间隔d_y、横向最大空间频率域采样间隔L_x和纵向最大空间频率域采样间隔L_y；通过四种所述间隔确定所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U；通过所述空间频率域采样网格U得到第一接收子阵A和第二接收子阵B，并得到所述接收天线阵列R；其中，所述接收天线阵列R为第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集；

步骤2)对发射天线阵列进行设计；在所述接收天线阵列R的平面内选定任意点O，并以任意点O为旋转中心，将所述接收天线阵列R中的第一接收子阵A旋转180°，以得到所述MIMO雷达的发射天线阵列T:

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；c_p为a_p以任意点O为旋转中心，旋转180°后对应的所述发射天线阵列T中的发射天线单元的坐标；

步骤3)通过所述发射天线阵列T的发射天线单元，对外发送发射信号；

步骤4)通过所述接收天线阵列R接收所述发射信号的回波，作为接收信号；通过第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元的所述接收信号和所述接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的所述接收信号，进行相关干涉运算，以得到相关干涉结果集合C:

在获得相关干涉结果时，使用的发射天线单元的坐标为c_p，其中，c_p＝O-a_p，O为所述接收子阵A和发射天线阵列T的对称旋转中心的坐标；a_p(t)为所述第一接收子阵A中坐标为a_p的接收天线单元的所述接收信号；r_q(t)为所述接收天线阵列R中坐标为r_q的接收天线单元的所述接收信号；/>表示互相关干涉运算；

步骤5)通过所述信号处理模块，将所述相关干涉结果集合C向所述空间频率域采样网格U进行映射处理，并将映射处理结果作为空间频率域干涉观测结果V。

作为上述方法的一种改进，所述成像方法还包括：步骤6)通过信号处理模块，采用二维逆傅里叶变换算法对所述步骤5)得到的空间频率域干涉观测结果V进行反演成像，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：

步骤1.1)通过所述横向最小空间频率域采样间隔d_x、横向最大空间频率域采样间隔L_x、纵向最小空间频率域采样间隔d_y和纵向最大空间频率域采样间隔L_y，确定所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U中的任意点的坐标；

步骤1.2)通过所述空间频率域采样网格U，确定所述第一接收子阵A和第二接收子阵B；其中，

所述第一接收子阵A内的两个任意接收天线单元构成第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}；

其中，a_p和a_q分别为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的任意接收天线单元和所述第二接收子阵B内的任意接收天线单元构成第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标，b_q为所述第二接收子阵B中的任意接收天线单元的坐标；

所述空间频率域采样网格U为所述第一位置差集合V₁和第二位置差集合V₂的并集的子集：

步骤1.3)通过所述第一接收子阵A和第二接收子阵B，得到接收天线阵列R，其中，所述第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集为所述接收天线阵列R：

R＝A∪B。

所述接收天线阵列的横向最小空间频率域采样间隔d_x为：

所述接收天线阵列的纵向最小空间频率域采样间隔d_x为：

所述接收天线阵列的横向最大空间频率域采样间隔L_x为：

设定所述接收天线阵列的纵向最大空间频率域采样间隔L_y：

其中，θ_x为横向成像观测视场张角，θ_y为纵向成像观测视场张角，ξ_x为横向成像分辨率张角，ξ_y为纵向成像观测视场张角，λ为观测波长，α_x为横向加窗因子，α_y为纵向加窗因子。

作为上述方法的一种改进，所述步骤5)中的映射处理的具体步骤包括：

将干涉结果集合C中，坐标为a_p和坐标为r_q的接收信号的相干结果映射至所述空间频率域采样网格U的坐标(u_x,u_y)中，以获得空间频率域干涉观测结果V；其中，(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U上的坐标，并与干涉结果集合C中a_p-r_q处坐标相对应，其中，(u_x,u_y)＝a_p-r_q；a_p(t)为第一接收子阵A中坐标为a_p的接收天线单元的接收信号，r_q(t)为接收天线阵列R中坐标为r_q的接收天线单元的接收信号，/>表示互相关干涉运算。

作为上述方法的一种改进，所述步骤6)具体包括：

步骤6.1)通过所述信号处理模块，对将所述空间频率域干涉观测结果V在横向上进行逆傅里叶变换，以得到初步逆傅里叶变换运算结果；

步骤6.2)通过所述信号处理模块，对将步骤6.1)中的所述初步逆傅里叶变换运算结果在纵向上进行逆傅里叶变换，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

为实现本发明的再一目的，本发明提供一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像系统，所述系统包括：发射天线阵列T、接收天线阵列R和信号处理模块；其中，

所述发射天线阵列T包括：用于对外发送发射信号的发射天线单元；

所述接收天线阵列R由第一接收子阵A和第二接收子阵B组成；所述第一接收子阵A和第二接收子阵B包括：用于接收所述发射信号的回波的接收天线单元；

所述信号处理模块，用于将所述第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元接收的所述发射信号的回波和所述接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的接收的所述发射信号的回波，进行互相关干涉运算，以得到相关干涉结果集合C；用于将所述相关干涉结果集合C向所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U进行映射处理，并将映射处理结果作为空间频率域干涉观测结果V；还用于采用二维逆傅里叶变换算法对所述空间频率域干涉观测结果V进行反演成像，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

作为上述系统的一种改进，所述空间频率域采样网格U为：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U中的坐标，并与干涉结果集合C中a_p-r_q的坐标相对应，其中，(u_x,u_y)＝a_p-r_q，a_p为第一接收子阵A中任意接收天线单元的坐标，r_q为接收天线阵列R中任意接收天线单元的坐标；其中，

d_x为设定的所述接收天线阵列的横向最小空间频率域采样间隔，

d_y为设定的所述接收天线阵列的纵向最小空间频率域采样间隔，

L_x为设定的所述接收天线阵列的横向最大空间频率域采样间隔，

L_y为设定的所述接收天线阵列的纵向最大空间频率域采样间隔，

其中，θ_x为横向成像观测视场张角，θ_y为纵向成像观测视场张角，ξ_x为横向成像分辨率张角，ξ_y为纵向成像观测视场张角，λ为观测波长，α_x为横向加窗因子，α_y为纵向加窗因子。

作为上述系统的一种改进，所述第一接收子阵A内的两个任意接收天线单元构成第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}；

其中，a_p和a_q分别为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的任意接收天线单元和所述第二接收子阵B内的任意接收天线单元构成第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标，b_q为所述第二接收子阵B中的任意接收天线单元的坐标；

所述空间频率域采样网格U为所述第一位置差集合V₁和第二位置差集合V₂的并集的子集：

所述接收天线阵列R为所述第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集。

作为上述系统的一种改进，所述MIMO雷达的发射天线阵列T和所述第一接收子阵A有180°旋转对称关系，旋转对称中心为所述接收天线阵列R的平面内的任意点O:

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；c_p为：a_p以点O为旋转中心，旋转180°后对应的所述发射天线阵列T中的发射天线单元的坐标。

本发明公开了一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法及系统，通过合理布局MIMO雷达接收天线阵列和发射天线阵列中天线单元的位置，对接收天线阵列的接收信号进行互相关干涉运算，得到空间频率域干涉观测结果，对空间频率域干涉观测结果进行基于二维逆傅里叶变换的图像反演，得到MIMO雷达成像结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过发射阵列和接收阵列的合理布局，采用互相关干涉运算代替传统MIMO雷达的匹配滤波，因此发射信号和接收端的混频参考信号不要求相参，提高了接收天线单元和发射天线单元的隔离度，避免了发射信号对接收信号的干扰；(2)基于空间频率域干涉观测得到的观测结果，使用逆傅里叶变换算法进行快速成像，降低了成像运算复杂度，成像快速快；(3)不依赖平台和目标的相对运动，对成像场景无特殊要求。

附图说明

图1为本发明基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法的流程图；

图2为原始观测目标场景；

图3为基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达阵列；

图4为基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

针对MIMO雷达成像问题，本发明中提出通过合理布局MIMO雷达接收天线阵列和发射天线阵列中天线单元的位置，对接收天线阵列的接收信号进行互相关干涉运算，得到空间频率域干涉观测结果，对空间频率域干涉观测结果进行基于逆傅里叶变换的图像反演，得到MIMO雷达成像结果。相比于BP成像算法，本发明提出的基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法运算量低，可实时快速反演成像；相比于MIMO-SAR成像算法，本发明提出的基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法对接收信号进行互相关干涉运算不需要以发射信号作为参考波形对接收信号进行匹配滤波，提高了MIMO雷达发射和接收的隔离度，且不依赖平台和目标的相对运动。

实施例1

本发明的所示出的实施例，参照图1所示的一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法。

在本设施例中，MIMO雷达工作频率为80GHz，波长λ为3.75mm，横向观测视场张角θ_x为90°，纵向观测视场张角θ_y为90°，横向分辨率张角ξ_x为5.7°，纵向分辨率张角ξ_y为5.7°；生成观测场景如图2所示。

具体地，基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法，步骤如下：

步骤1)对MIMO雷达的接收天线阵列进行设计，具体步骤如下：

步骤1.1)由横向成像观测视场张角θ_x确定横向最小空间频率域采样间隔

由纵向成像观测视场张角θ_y确定纵向最小空间频率域采样间隔

由横向成像分辨率张角ξ_x确定横向最大空间频率域采样间隔

由纵向成像观测视场张角ξ_y确定纵向最大空间频率域采样间隔其中，λ为观测波长，α_x为横向加窗因子，α_y为纵向加窗因子；在本实施例中，横向加窗为矩形窗，α_x＝1，纵向加窗为矩形窗，α_y＝1，d_x＝1.875mm，d_y＝1.875mm，L_x＝37.5mm，L_y＝37.5mm；

步骤1.2)由横向最小空间频率域采样间隔d_x、横向最大空间频率域采样间隔L_x、纵向最小空间频率域采样间隔d_y、纵向最大空间频率域采样间隔L_y确定空间频率域采样网格U：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为空间频率域采样网格U中任意点的坐标；在本实施例中，d_x＝1.875mm，d_y＝1.875mm，L_x＝37.5mm，L_y＝37.5mm，按照上述步骤计算得到的空间频率域采样网格U＝{(m·1.875mm,n·1.875mm)|-10≤m≤10，-10≤n≤10,m∈N,n∈N}。

步骤1.3)由空间频率域采样网格U确定第一接收子阵A和第二接收子阵B；第一接收子阵A内任意两个接收天线单元构成的第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}。

其中，a_p和a_q分别为第一接收子阵A中任意接收天线单元的坐标。

第一接收子阵A内任意天线单元和第二接收子阵B内任意接收天线单元构成的第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}。

其中，a_p为第一接收子阵A中任意接收天线单元的坐标，b_q为第二接收子阵B中任意接收天线单元的坐标；

空间频率域采样网格U、第一位置差集合V₁第一位置差集合和V₂的关系为：

即集合U为集合V₁、V₂的并集的子集；

在本实施例中，空间频率域采样网格U为：

U＝{(m·1.875mm,n·1.875mm)|-10≤m≤10，-10≤n≤10,m∈N,n∈N}。

第一接收子阵A采用纵向均匀线阵设计，第一接收子阵A中各接收天线单元位置坐标集合A＝{a_p＝(0，p·1.875mm)|-10≤p≤10,p∈N}；

第二接收子阵B采用横向均匀线阵设计，第二接收子阵B中各接收天线单元位置坐标集合B＝{b_q＝(q·1.875mm，0)|-10≤q≤10,q∈N}，其中，N为整数集合，p为大于等于-10且小于等于10的整数，q为大于等于-10且小于等于10的整数；

步骤1.4)由第一接收子阵A和第二接收子阵B得到接收天线阵列R＝A∪B，第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集为接收天线阵列R；

在本实施例中，第一接收子阵A为：

A＝{a_p＝(0，p·1.875mm)|-10≤p≤10,p∈N}；

第二接收子阵B为：

B＝{b_q＝(q·1.875mm，0)|-10≤q≤10,q∈N}；

接收天线阵列R为：

R＝{(q·1.875mm，0)∪(0，p·1.875mm)|-10≤p≤10,-10≤q≤10,q∈N,p∈N}。

步骤2)对发射天线阵列进行设计；在接收天线阵列平面内选定任意点O为旋转中心，并以点O为旋转中心将接收天线阵列的第一接收子阵A旋转180°，得到的阵列为发射天线阵列T，其数学表达式如下：

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}

其中，a_p为接收子阵A中的任意接收天线单元坐标，c_p为a_p以点O为旋转中心旋转180°后的对应发射天线单元的坐标；

在本实施例中，第一接收子阵A为：

A＝{a_p＝(0，p·1.875mm)|-10≤p≤10,p∈N}；

设定旋转中心点O的坐标为(10.5mm，0)，第一接收子阵A以点O为旋转中心旋转180°后得到发射天线阵列T为：

T＝{c_p＝(21mm，-p·1.875mm)|-10≤p≤10,p∈N}；

完成阵列排布后的第一接收子阵A、第二接收子阵B和发射天线阵列T如图3所示。

步骤3)发射信号对外发射；通过发射天线阵列进行对外发送发射信号，不同发射天线单元分时域发送发射信号或分频域发送发射信号；

在本实施例中，发射信号s(t)设计为：频率为80GHz±90MHz，脉宽为18us的线性调频信号，并采用分时域发送方案；发射天线阵列T中的21个发射天线单元c_-10～c₁₀的具体发射设置如下：

时间[0～18us]内发射天线单元c_-10发送发射信号s(t)，时间[18～20us]内发射天线单元全部关闭，时间[20～38us]内发射天线单元c_-9发送发射信号s(t)，依次类推，直到[400～418us]内发射天线单元c₁₀发送发射信号s(t)，时间[418～420us]内发射天线单元全部关闭，至此完成一次观测的发射。

步骤4)接收信号互相关干涉运算；进行互相关干涉运算的两个接收天线单元，其中一个为接收天线阵列R的第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元，另一个为接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元；相关干涉结果集合C表示如下：

其中，第一接收子阵A中坐标为a_p的天线单元的接收信号表示为a_p(t)，接收天线阵列R中坐标为r_q的天线单元的接收信号表示为r_q(t)，表示互相关干涉运算；在获得时使用的发射天线单元的坐标c_p＝0-a_p，其中，0为接收子阵A和发射天线阵列T的对称旋转中心的坐标。

在本实施例中，第一接收子阵A中有21个接收天线单元a_-10～a₁₀，当计算接收天线单元a_-10和接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的互相关时，应使用发射天线阵列T的发射天线单元c_-10发送发射信号的回波，当计算接收天线单元a_-9和接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的互相关时，应使用发射天线阵列T的发射天线单元c_-9发送发射信号的回波；依次类推，得到全部的相关干涉结果集合C。

步骤5)相关干涉结果集合C向空间频率域采样网格U进行映射，映射结果为空间频率域干涉观测结果V；映射关系如下：

空间频率域采样网格U上的任意点的坐标表示为(u_x，u_y)，在干涉结果集合C中有(u_x，u_y)＝a_p-r_q，则为相关干涉结果集合C在空间频率域采样网格U上坐标为(u_x，u_y)处的映射结果，其中，a_p(t)为第一接收子阵A中坐标为a_p的接收天线单元的接收信号，r_q(t)为接收天线阵列R中坐标为r_q的接收天线单元的接收信号。

在本实施例中，以位置a_-10＝(0，-18.75mm)和位置r_-10＝(-18.75mm，0)的接收天线单元的相关结果为例，其在空间频率域采样网格U中的对应坐标有(u_x，u_y)＝a_p-r_q＝(18.75mm，-18.75mm)，有空间频率域干涉观测结果/>依次类推，得到全部的空间频率域干涉观测结果V。

步骤6)对空间频率域干涉观测结果V进行二维逆傅里叶变换，得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

在本实施例中，空间频率域干涉观测结果V为21×21的二维矩阵，对该矩阵进行横向逆傅里叶变换再进行纵向傅里叶变换，得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。MIMO雷达成像结果如图4所示。

实施例2

本发明技术方案所提供的基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像系统，所述系统包括：发射天线阵列T、接收天线阵列R和信号处理模块；其中，

所述发射天线阵列T包括：用于对外发送发射信号的发射天线单元；

所述接收天线阵列R由第一接收子阵A和第二接收子阵B组成；所述第一接收子阵A和第二接收子阵B包括：用于接收所述发射信号的回波的接收天线单元；

所述信号处理模块，用于将所述第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元接收的所述发射信号的回波和所述接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的接收的所述发射信号的回波，进行互相关干涉运算，以得到相关干涉结果集合C；用于将所述相关干涉结果集合C向所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U进行映射处理，并将映射处理结果作为空间频率域干涉观测结果V；还用于采用二维逆傅里叶变换算法对所述空间频率域干涉观测结果V进行反演成像，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

所述空间频率域采样网格U为：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U中的坐标，并与干涉结果集合C中a_p-r_q处坐标相对应，其中，(u_x,u_y)＝a_p-r_q，a_p为第一接收子阵A中任意接收天线单元的坐标，r_q为接收天线阵列R中任意接收天线单元的坐标；其中，

d_x为设定的所述接收天线阵列的横向最小空间频率域采样间隔，

d_y为设定的所述接收天线阵列的纵向最小空间频率域采样间隔，

L_x为设定的所述接收天线阵列的横向最大空间频率域采样间隔，

L_y为设定的所述接收天线阵列的纵向最大空间频率域采样间隔，

其中，θ_x为横向成像观测视场张角，θ_y为纵向成像观测视场张角，ξ_x为横向成像分辨率张角，ξ_y为纵向成像观测视场张角，λ为观测波长，α_x为横向加窗因子，α_y为纵向加窗因子。

所述第一接收子阵A内的两个任意接收天线单元构成第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}；

其中，a_p和a_q分别为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的任意接收天线单元和所述第二接收子阵B内的任意接收天线单元构成第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标，b_q为所述第二接收子阵B中的任意接收天线单元的坐标；

所述空间频率域采样网格U为所述第一位置差集合V₁和第二位置差集合V₂的并集的子集：

所述接收天线阵列R为所述第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集。

所述第一接收子阵A以所述接收天线阵列R的平面内选定的任意点O为旋转中心旋转180°，为所述MIMO雷达的发射天线阵列T:

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；c_p为a_p以任意点O为旋转中心，旋转180°后对应的所述发射天线阵列T中的发射天线单元的坐标。

从上述对本发明的具体描述可以看出，本发明通过发射阵列和接收阵列的合理布局，接收信号用互相关干涉运算代替传统MIMO雷达的匹配滤波，因此发射信号和接收端的混频参考信号不要求相参，提高接收天线单元和发射天线单元的隔离度，避免发射信号对接收信号的干扰；本发明基于空间频率域干涉观测得到的观测结果，使用逆傅里叶变换算法进行快速成像，降低了成像运算复杂度，成像快速快；本发明不依赖平台和目标的相对运动，对成像场景无特殊要求。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)对接收天线阵列进行设计；设定MIMO雷达的接收天线阵列的横向最小空间频率域采样间隔d_x、纵向最小空间频率域采样间隔d_y、横向最大空间频率域采样间隔L_x和纵向最大空间频率域采样间隔L_y；通过四种所述间隔确定所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U；通过所述空间频率域采样网格U得到第一接收子阵A和第二接收子阵B，并得到所述接收天线阵列R；其中，所述接收天线阵列R为第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集；

步骤2)对发射天线阵列进行设计；在所述接收天线阵列R的平面内选定任意点O，并以任意点O为旋转中心，将所述接收天线阵列R中的第一接收子阵A旋转180°，以得到所述MIMO雷达的发射天线阵列T:

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；c_p为a_p以任意点O为旋转中心，旋转180°后对应的所述发射天线阵列T中的发射天线单元的坐标；

步骤3)通过所述发射天线阵列T的发射天线单元，对外发送发射信号；

步骤4)通过所述接收天线阵列R接收所述发射信号的回波，作为接收信号；通过第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元的所述接收信号和所述接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的所述接收信号，进行相关干涉运算，以得到相关干涉结果集合C:

在获得相关干涉结果时，使用的发射天线单元的坐标为c_p，其中，c_p＝O-a_p，O为所述接收子阵A和发射天线阵列T的对称旋转中心的坐标；a_p(t)为所述第一接收子阵A中坐标为a_p的接收天线单元的所述接收信号；r_q(t)为所述接收天线阵列R中坐标为r_q的接收天线单元的所述接收信号；/>表示互相关干涉运算；

步骤5)将所述相关干涉结果集合C向所述空间频率域采样网格U进行映射处理，并将映射处理结果作为空间频率域干涉观测结果V；

所述步骤1)具体包括：

步骤1.1)通过所述横向最小空间频率域采样间隔d_x、横向最大空间频率域采样间隔L_x、纵向最小空间频率域采样间隔d_y和纵向最大空间频率域采样间隔L_y，确定所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于/>小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U中的任意点的坐标；

步骤1.2)通过所述空间频率域采样网格U，确定所述第一接收子阵A和第二接收子阵B；其中，

所述第一接收子阵A内的两个任意接收天线单元构成第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}；

其中，a_p和a_q分别为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的任意接收天线单元和所述第二接收子阵B内的任意接收天线单元构成第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标，b_q为所述第二接收子阵B中的任意接收天线单元的坐标；

所述空间频率域采样网格U为所述第一位置差集合V₁和第二位置差集合V₂的并集的子集：

步骤1.3)通过所述第一接收子阵A和第二接收子阵B，得到接收天线阵列R，其中，所述第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集为所述接收天线阵列R：

R＝A∪B；

所述成像方法还包括：步骤6)通过信号处理模块，采用二维逆傅里叶变换算法对所述步骤5)得到的空间频率域干涉观测结果V进行反演成像，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果。

2.根据权利要求1所述的基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像方法，其特征在于，所述步骤5)中的映射处理的具体步骤包括：

将干涉结果集合C中，坐标为a_p和坐标为r_q的接收信号的相干结果映射至所述空间频率域采样网格U的坐标(u_x,u_y)中，以获得空间频率域干涉观测结果V；其中，(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U上的坐标，并与干涉结果集合C中a_p-r_q处坐标相对应，其中，(u_x,u_y)＝a_p-r_q；a_p(t)为第一接收子阵A中坐标为a_p的接收天线单元的接收信号，r_q(t)为接收天线阵列R中坐标为r_q的接收天线单元的接收信号，/>表示互相关干涉运算。

3.一种基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像系统，其特征在于，所述系统包括：发射天线阵列T、接收天线阵列R和信号处理模块；其中，

所述发射天线阵列T包括：用于对外发送发射信号的发射天线单元；

所述接收天线阵列R由第一接收子阵A和第二接收子阵B组成；所述第一接收子阵A和第二接收子阵B包括：用于接收所述发射信号的回波的接收天线单元；

所述信号处理模块，用于将所述第一接收子阵A中的任意一个接收天线单元接收的所述发射信号的回波和所述接收天线阵列R中的任意一个接收天线单元的接收的所述发射信号的回波，进行互相关干涉运算，以得到相关干涉结果集合C；用于将所述相关干涉结果集合C向所述接收天线阵列的空间频率域采样网格U进行映射处理，并将映射处理结果作为空间频率域干涉观测结果V；还用于采用二维逆傅里叶变换算法对所述空间频率域干涉观测结果V进行反演成像，以得到基于空间频率域干涉观测的MIMO雷达成像结果；

所述空间频率域采样网格U为：

其中，N为整数集合，m为大于等于小于等于/>的任意整数，n为大于等于/>小于等于/>的任意整数；(u_x,u_y)为所述空间频率域采样网格U中的坐标，并与干涉结果集合C中a_p-r_q的坐标相对应，其中，(u_x,u_y)＝a_p-r_q，a_p为第一接收子阵A中任意接收天线单元的坐标，r_q为接收天线阵列R中任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的两个任意接收天线单元构成第一位置差集合V₁：

V₁＝{a_p-a_q|a_p∈A,a_q∈A}；

其中，a_p和a_q分别为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；

所述第一接收子阵A内的任意接收天线单元和所述第二接收子阵B内的任意接收天线单元构成第二位置差集合V₂：

V₂＝{a_p-b_q|a_p∈A,b_q∈B}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标，b_q为所述第二接收子阵B中的任意接收天线单元的坐标；

所述空间频率域采样网格U为所述第一位置差集合V₁和第二位置差集合V₂的并集的子集：

所述接收天线阵列R为所述第一接收子阵A和第二接收子阵B的并集；

所述MIMO雷达的发射天线阵列T和所述第一接收子阵A有180°旋转对称关系，旋转对称中心为所述接收天线阵列R的平面内的任意点O:

T＝{c_p＝O-a_p|a_p∈A}；

其中，a_p为所述第一接收子阵A中的任意接收天线单元的坐标；c_p为：a_p以点O为旋转中心，旋转180°后对应的所述发射天线阵列T中的发射天线单元的坐标。