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.     

艇载共形稀疏阵列天线雷达成像研究

基于平流层飞艇平台,研究了共形稀疏阵列天线雷达对静止目标成像及对运动目标探测的问题。针对三叶玫瑰线艇身模型,提出了共形稀疏阵列天线的布阵方式。雷达采用实孔径方式成像,各子阵同时发射多脉冲频分正交信号。利用各子阵多发多收的回波信号,采用后向投影(BP)算法完成各子带信号对静止目标的成像处理,再将子带信号成像结果相参累加以提高静止目标成像的距离向分辨率;将各子阵一发多收的多脉冲回波信号变换到距离-多普勒域,完成静止杂波抑制,对各子带信号采用压缩感知(CS)的方法在二维空间实现对运动目标图像的重建,再将子带信号重建结果非相参累加以提高运动目标探测的信噪比。仿真实验验证了本文方法的有效性。     

340 GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.     

采用遗传算法的MIMO雷达L型阵列稀布优化

针对多输入多输出（MIMO）雷达阵列稀布导致栅瓣效应的问题,研究了L型阵列方向图综合方法。通过在发射和接收阵列的阵元位置中引入随机扰动,同步优化收发阵列,对MIMO雷达Ｌ型阵列等效构造的虚拟矩形平面阵列进行二维方向图综合,并且对遗传算法的变异算子进行改进,提高全局搜索性,从而有效抑制栅瓣,降低二维合成方向图中方位维和俯仰维的峰值旁瓣电平。仿真实验证明了所提算法的有效性。     

DOA estimation for sparse nested MIMO radar with velocity receive sensor array

Direction of arrival (DOA) estimation for sparse nested MIMO radar with velocity receive sensor array is studied, and an algorithm based on extended unitary root multiple signal classification (MUSIC) is proposed. The nested MIMO radar utilizes sparse transmit array and velocity receive array with nested inter-element distances, which can make the final virtual array to be a long and sparse velocity sensor array. After exploiting unitary transformation to transform the data into real-valued one, an extended root MUSIC based method is developed to decompose the angle estimation into high-resolution but ambiguous and low-resolution but unambiguous DOA estimations, which are automatically paired. Thereafter, the ambiguous estimation is used to recover all possible DOAs, and the unambiguous DOA estimation is used as a reference to resolve the estimation ambiguity problem. Compared to conventional methods, the proposed algorithm requires no peak search, maintains larger aperture and achieves better DOA estimation performance. The simulation results verify the effectiveness of our approach.     

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。     

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.     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

Efficient 3D imaging method of MIMO radar for moving target

When compressive sensing (CS) was used to achieve sparse imaging of moving targets,the Doppler frequency caused by motion will increase the processing dimension,change the center frequency of echo and worsen the mutual coherence property of measurement matrix.In order to improve the three-dimensional (3D) imaging performance of MIMO radar for moving targets,an efficient method was proposed.In each dimension,the distribution information of targets was searched respectively and a new low-dimensional measurement matrix was reconstructed accordingly,so the targets’ area was narrowed down.At the same time,in order to optimize the mutual coherence property of measurement matrix,Bayesian method was used to optimize the velocity-dimensional projection matrix to reduce the strong mutual coherence brought by sampling of Doppler frequency,then the efficient sparse imaging could be achieved.The simulation results show that proposed method can improve the efficiency,accurate imaging performance with efficient.     

High resolution target localization using rotating linear array radar

In this paper, an algorithm is proposed for detection and joint estimation of parameters of multiple targets using rotating antenna array. This paper is sequel to our previous work addressing a two element antenna array only. Joint estimation of number of targets, the targets’ range, Doppler and their directions of arrivals is carried while the effects of antenna rotation are compensated for a multi element linear array. The effectiveness of the algorithm is verified by the simulation results carried out for an eight element array. The proposed algorithm is able to resolve targets with same range and Doppler. The computations of the proposed algorithm are calculated and comparison is also given with other algorithms.

     

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.     

低冗余度多输入多输出雷达阵列结构设计

针对多输入多输出(MIMO)雷达虚拟阵列的特点,提出一种基于最小冗余阵组合的方法来设计MIMO雷达发射阵列和接收阵列,使得MIMO雷达虚拟阵列为最小冗余阵,从而可以利用有限的阵元获得大的虚拟阵列孔径。还研究了在总的阵元数给定的情况下如何分配发射阵元数和接收阵元数以使MIMO雷达虚拟阵列孔径最大。理论分析和仿真结果表明:提出的MIMO雷达阵列设计方法简单易于实现,阵元利用率高,可以用于大阵元数的MIMO雷达系统。     

基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法

小面阵APD阵列较低的像元数量限制了其三维成像分辨率。提出了一种基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法,用光学相控阵生成与APD阵列像元数量相同且位置匹配的光束阵列并实现扫描。光束阵列中子光束发散角小于APD阵列中单个像元的瞬时视场角,子光束在单个像元视场内扫描实现APD阵列对目标三维信息的多次采集,进而提高APD阵列的分辨率。在Matlab中基于二维标量衍射理论仿真了光束阵列在远场的分布,并分析了子光束发散角与扩展周期数之间的关系。最后采用液晶相位空间光调制器作为光学相控阵器件,结合CCD接收回波信号,进一步验证了提出方法的可行性。     

非均匀线阵多输入多输出雷达成像旁瓣抑方法

针对非均匀线阵多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达空间采样率低、成像旁瓣较高的问题,提出了一种基于阵列内插技术的非均匀线阵MIMO雷达成像旁瓣抑制方法. 对匹配滤波后MIMO雷达形成的非均匀等效阵列进行虚拟内插处理,将其变换为均匀线阵,在此基础上,再采用反向投影(Back Projection,BP)算法进行成像. 理论分析和仿真结果表明：所提方法有效地降低了非均匀线阵MIMO雷达的旁瓣水平,提高了成像质量.      

分布式多入多出雷达相干处理二维分辨率分析

研究了分布式多入多出(MIMO)雷达相干信号处理时的横向与纵向分辨能力。利用抛物线拟合法计算模糊函数在横、纵两个方向上切割图形的主瓣宽度,进而推导出该类型雷达横向和纵向分辨率的数学表达式。通过对表达式的分析,讨论了影响分布式MIMO雷达二维分辨率的因素,得到一些系统设计和阵列布置的准则。最后通过仿真验证了分辨率数学表达式和理论分析结果的正确性。     

改进遗传算法优化MIMO稀布阵列

为了解决多输入多输出(MIMO)天线阵列由于阵元间隔过大造成的阵列方向图出现栅瓣,在雷达回波成像时出现影响目标识别的虚假目标的问题,提出了一种改进的遗传算法对阵列排布进行优化.在传统标准遗传算法上进行改进,用多个矩阵组合表示MIMO阵列,针对在矩形平面随机分布的稀疏阵列的方向图旁瓣问题进行优化设计,并采用基于Logis...     

基于稀疏表示的多输入多输出雷达多目标定位

针对双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达目标定位问题,提出一种基于稀疏表示的双基地MIMO雷达多目标定位方法.利用点目标所在的二维角度空间构造冗余字典; 通过对接收信号的协方差矩阵进行特征分解,从中选取不同数目的特征向量在该冗余字典下稀疏表示,构建以特征向量为观测信号的多重测量向量(Multiple Measurement Vectors,MMV)模型,提取的特征向量在充分包含目标的角度信息的前提下,降低了直接以接收信号为观测信号的矩阵维数,形成低维稀疏线性模型; 最后,通过特征向量的稀疏重构,得到目标的角度估计.与现有算法相比,该算法对特征向量的稀疏重构降低了重构原始接受信号的计算复杂度,且在低信噪比和低快拍下仍有较好的估计性能,仿真实验验证了算法的有效性.     

面向大规模天线系统的稀布阵技术研究与评估

通过大量天线数服务用户,大规模天线技术可有效提升频谱效率。然而,大规模天线将带来射频链路数量的大幅增加,进而带来成本的急剧提升,所以大规模天线的设计需要综合考虑性能和成本的折中。稀布阵技术通过优化天线阵元位置分布、激励幅度,可实现以更少的天线数逼近均匀阵列的性能,从而带来射频链路数量的降低和成本的控制,取得较好的性价比平衡。介绍了稀布阵关键技术的实现方案,评估分析了稀布阵的链路级性能以及在面向6G的大规模天线系统中应用稀布阵的系统性能。数据分析表明,稀布阵在小幅性能损失的情况下,可以显著降低天线阵元数,节约基站设备成本。     

Downward looking sparse linear array 3D SAR imaging algorithm based on back-projection and convex optimization

Downward Looking Sparse Linear Array Three Dimensional SAR （DLSLA 3D SAR） is an important form of 3D SAR imaging,which has a widespread application field.Since its practical equivalent phase centers are usually distributed sparsely and nonuniformly,traditional 3D SAR algorithms suffer from low resolution and high sidelobes in cross-track dimension.To deal with this problem,this paper introduces a method based on back-projection and convex optimization to achieve 3D high accuracy imaging reconstruction.Compared with traditional SAR algorithms,the proposed method sufficiently utilizes the sparsity of the 3D SAR imaging scene and can achieve lower sidelobes and higher resolution in cross-track dimension.In the simulated experiments,the reconstructed results of both simple and complex imaging scene verify that the proposed method outperforms 3D back-projection algorithm and shows satisfying cross-track dimensional resolution and good robustness to noise.