太赫兹MIMO弧形阵列方位向成像算法研究

该文提出一种新的在太赫兹频段下基于MIMO弧形阵列的方位向成像算法,通过将MIMO弧形阵列等效转换为MIMO线阵,基于等效MIMO线阵引入RMA算法思路对弧形阵列方位向图像进行重建。该文详细介绍了MIMO弧形阵列与普通MIMO线阵的等效转换,建立了相应的成像信号模型,设计了MIMO弧形阵列太赫兹单频方位向成像算法,并通过计算机仿真验证了该算法的可行性与有效性。     

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。     

直升机载弧形阵列MIMO微波成像技术研究

该文提出了一种新的基于弧形阵列直升机载MIMO微波成像模式,利用平台下方水平布置的弧形阵列天线,通过MIMO信号收发机制快速实现弧形孔径合成,获取平台周围观测区域的高时间高空间分辨率2维图像。文章详细介绍了弧形阵列微波成像的工作原理,建立了相应的成像信号模型,研究了基于共焦投影技术的弧形阵列微波成像算法,分析了该成像模式的成像性能;最后,通过计算机仿真验证了该成像模式的可行性和有效性。      

UWB MIMO近场成像雷达稀疏阵列设计方法研究

传统方法设计近场高分辨成像雷达的阵列时,往往需要大量且分布密集的阵元,这样的设计会带来巨大的开销和制作工艺要求高等问题。为了避免上述问题,本论文将MIMO与UWB相结合,提出了一种基于等效相位中心原理设计UWB MIMO近场成像雷达稀疏阵列的方法,并对等效相位中心近似带来的误差做了补偿。然后通过数值仿真工具(FDTD)进行仿真,考察了设计的阵列的波束方向图,并分别对单个点目标和分布式目标进行成像,仿真结果验证了该阵列设计方法的有效性和应用于近场高分辨成像的可行性。     

UWB MIMO穿墙雷达的阵列设计和成像方法

利用多发多收(MIMO)方式对超宽带(UWB)穿墙成像雷达天线阵列进行稀疏化处理不失为一种很好的选择。该文从成像模型出发,分析了UWB MIMO天线阵的等效接收阵列问题,给出了基于空间卷积理论的UWB MIMO阵列设计方法,仿真验证了方法的有效性和在穿墙成像系统中应用的可行性。此外,提出了相干系数加权稳健Capon波束形成的自适应成像方法,理论分析和实验结果表明该方法能够获得较高的分辨率和图像信噪比。     

近场雷达成像非均匀稀疏阵设计

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。为了解决阵元数目、结构与成像质量的关系问题,研究了近场MIMO收发稀疏阵的点扩展函数,研究了合成阵列中栅瓣的位置,探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法,优化了基于远场条件设计的稀疏阵,并讨论了近场效应对成像结果的影响。仿真结果表明：优化后的阵列在120~150 GHz栅瓣水平可以抑制到-50 dB。     

基于MIMO雷达的高分辨成像方法

以实现对空中目标的高分辨成像为目的,文章提出了基于MIMO雷达的技术解决方案.首先分析了MIMO雷达的工作原理和实现形式,而后建立了MIMO雷达成像模型,并推导出MIMO雷达多通道回波与目标空间频谱的对应关系.通过分析目标空间频谱的支撑区分布,论证了MIMO雷达阵列方位向的高分辨成像能力.最后进行了成像仿真实验.结果表明:在同等接收阵列条件下,MIMO阵列与实孔径阵列相比方位分辨率能够得到数倍的提高.     

可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法（range migration algorithm,RMA）等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm3的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。     

用于超宽带高分辨率成像的二维稀疏MIMO面阵拓扑结构研究

分析并总结了超宽带二维多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)面阵拓扑结构设计的两条原则——等效孔径的均匀性与无明显遮蔽性, 并根据这两条原则提出了一种用于超宽带近距离高分辨率成像的新型面阵拓扑结构.与尺寸、阵元数相同的MIMO面阵相比, 该新型面阵结构在仿真获取的方向图中具有更好的聚焦效果和旁瓣抑制能力.并且, 不同距离下的聚焦结果显示, 该面阵的峰值旁瓣水平均要低于另两个阵列2 dB以上.对复杂目标成像的实验结果进一步证明了该阵列良好的成像性能.结合其等效阵元数量较少的特点, 文中提出的这种新型MIMO面阵拓扑结构为高效、实时的超宽带近距离高分辨率成像应用提供了可能.     

基于阵元局部分布特征的MIMO雷达阵列设计方法

MIMO雷达采用多发多收的工作模式,减少了天线和收发模块的数量,降低了系统的成本和复杂性,被广泛应用于城市反恐、灾后救援等领域。针对现有二维MIMO雷达阵列存在旁瓣高、成像质量差的问题,本文提出了一种基于各天线单元局部特性的二维MIMO阵列设计方法,设计了等效阵元投影局部密度和二维局部密度两个优化对象,以及边界约束和最小间距约束两个约束条件,通过对方形均匀MIMO阵列进行迭代优化,得到旁瓣更低的阵列排布形式。仿真和实测实验结果表明,本文所设计的二维MIMO阵列的成像结果有更低的旁瓣,且在生命体征检测和人体姿态重构等雷达应用领域都有很好的探测性能,为人体目标的多域信息感知提供了可能。     

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究（英文）

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法(range migration algorithm,RMA)等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm~3的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。     

基于 RMA 的三维成像与二维 MIMO 阵设计

距离迁移(RM)算法能够精确校正近场距离徙动,同时通过使用快速傅里叶变换可以达到很高的计算效率,具有应用于近场MIMO雷达三维实时成像的潜力。RM算法应用于近场MIMO成像的主要挑战是设计合适的阵列结构。文中利用球面波分解为无穷多个平面波的方法推导了MIMO雷达近场三维RM 成像算法,在深入分析算法实现流程的基础上得 到了RM算法对MIMO阵列构型的四条约束条件。提出了一种适用RM算法的MIMO阵列设计方法,并利用所提方法设计了MIMO阵列,结合仿真,分析了所设计阵列的成像性能。     

基于MIMO技术的二维波达方向估计

传统的L型阵相比面阵精简了阵列结构,以较少的阵元实现二维波达方向估计,但是波达方向估计性能受到物理孔径限制。本文将MIMO技术和L型阵结合,提出一种基于MIMO技术的L型阵二维波达方向估计方法。该方法通过MIMO等效虚拟阵列原理,将L型阵等效为一矩形平面阵列,然后在等效矩形阵列的基础上,采用MUSIC进行二维波达方向估计,以L型阵的物理孔径实现矩形平面阵列的估计性能。本文推导了二维波达方向估计的CRB,计算机仿真实验证实了所提方法的有效性。      

基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像方法

弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种新型的针对广域观测的阵列成像雷达,其具有观测范围广,分辨率高等特点。由于其回波信号方位向等角度间隔采样,目标精确的二维频 谱难以有效推导,并且已有的线性阵列成像算法不再适用。针对上述问题,本文提出了一种基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像处理方法,该方法首先对斜距模型进行高阶近似,然后推导了雷达回波信号的二维频谱,之后在二维频域补偿距离徙动及距离方位的耦合,最终得到聚焦图像。点阵目标的仿真结果验证了该成像方法的有效性。      

一种基于宽带MIMO雷达时域成像的阵列布阵模型

多输入多输出(MIMO)霄达足近几年发展起来的一种新慨念雷达体制.为了进一步降低宽带MIMO雷达的阵列规模和硬件复杂度,使MIMO雷达成像技术实用化成为可能,结合改进型后向投影(BP)成像算法,提出了一种非均匀线阵成像系统阵列布阵模型.提出的阵列布阵模型通过成像系统方位向分辨率婴求和目标方位向成像场景大小确定阵元间距,使得系统的阵列规模和硬件复杂度显著降低.同时,时域成像算法的使用避免了频域算法存在的采样定理限制,有效增强了阵列设计的灵活性,并使得成像阵列规模和硬件复杂度得到进一步降低.最后仿真实验验证了该成像系统布阵模型的正确性和有效性.     

基于隐函数导数法的双基弧形阵列SAR二维频谱及成像算法

双基弧形阵列合成孔径雷达（Arc array Bistatic synthetic aperture radar,AA-BiSAR）是一种新型全方位观测阵列成像雷达系统,其成像范围大、数据收集速率快且不易被侦测。然而,在弧形阵列SAR模式中,双基弧形阵列SAR天线特殊的圆弧型结构,回波信号的二维频谱难以用传统的驻定相位原理进行解析。针对以上问题,本文引入隐函数的思想,将驻定相位点视为多普勒频率的一个隐函数,在对隐函数方程进行求导后运用代数运算求解出该驻相点,从而可以直接利用驻定相位原理来推导出双基弧形阵列SAR的二维频谱,并基于此频谱研究了一种适用于双基弧形阵列SAR的高分辨率成像处理方法,最后点目标的仿真结果验证了结论的正确性与该成像方法的有效性。      

基于物理光学法的近场多入多出雷达成像模拟

针对点目标扩展函数(PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出(MIMO)雷达成像中的散射机理问题，研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法，获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据，并通过近场MIMO成像处理器实现近场MIMO成像的全过程模拟。利用D波段“T”字型二维稀疏MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验，仿真和实验结果表明，模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场MIMO成像系统的成像性能，为近场MIMO成像的阵型设计提供支撑，揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。     

MIMO雷达三维干涉诊断成像方法

2维合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)和逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)成像是目标散射机理高分辨率分析和散射诊断测量的重要手段,现有被广泛采用的技术主要包括转台ISAR和导轨SAR成像技术。相比于传统的2维成像,3维成像可以提供目标局部散射中心在空间的3维位置和散射强度信息。因此,探索新的、可工程化实现与应用的目标3维成像技术是一项极具吸引力的工作。该文提出一种基于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)阵列技术的3维干涉成像方法。首先,设计并试验了一种具有高孔径利用率和通过虚拟孔径实现干涉成像功能的MIMO阵列;其次,分析了MIMO阵列合成的两组虚拟孔径所成两幅2维雷达像的干涉相位与目标散射中心高度之间的关系,发展了MIMO雷达3维干涉成像算法;最后,通过数值仿真和原理样机实验验证了所提方法在目标散射机理分析和诊断测量应用中的可行性和有效性。      

扫描MIMO阵列近场三维成像技术

基于扫描阵列的近场3维成像是合成孔径雷达(SAR)3维成像技术在民用领域的一种重要应用形式。“多发多收(MIMO)-扫描”体制是该领域一种独特的成像方式。相比于“单发单收(SISO)”阵列,MIMO阵列具有成像质量好、阵元利用率高、对天线间隔要求宽松以及成本低等特点。该文分别从信号模型、成像算法、实验系统和成像结果等方面介绍了“MIMO-平面扫”和“MIMO-柱面扫”两种成像体制。所得结果充分展现了该成像技术在许多场景中的巨大应用潜力。