【最新成果】基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

多输入多输出（MIMO）雷达通过多个发射阵元同时对目标进行观测并接收目标回波，能形成比实际天线阵元数目更多的观测通道进而构成虚拟孔径，是近年来雷达微波成像领域的研究热点。基于平面阵列的MIMO雷达系统，由于阵元等效形成了二维虚拟孔径因此具备在单快拍下的二维方位向分辨率，再结合发射宽带信号带来的距离向分辨率就可以实现对目标的三维成像。

图1 成像场景

考虑到单快拍下目标三维图像的方位分辨率受面阵自身等效虚拟孔径的尺寸限制，为了扩大观测孔径又不增加阵元造价，结合空间样本和时间样本的多输入多输出-逆合成孔径雷达（MIMO-ISAR）技术应运而生。但是对于现有主流的基于重排和填充的MIMO-ISAR三维成像方法，其对空时样本的均匀化填充大多是通过对邻近回波依距离相关性进行加权后得到的。这种处理将不可避免地造成成像结果的降质（如成像散焦），尤其是在数据较为稀疏的情况下，还会导致成像结果中出现虚假散射点。

针对该问题，国防科技大学王壮教授团队从多快拍图像联合利用的角度入手，提出了一种新的MIMO-ISAR三维成像方法，其通过估计目标运动速度方向余弦信息并沿该方向对多个单次快拍三维图像的数据阵进行联合聚焦处理，实现对目标三维成像结果的改善。

该工作拟发表在《雷达学报》2019年第6期“合成孔径雷达技术”专刊“基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法”（郑通，蒋李兵，王壮）。

该文首先建立了平面阵列MIMO雷达的信号模型，并阐述了单快拍下形成目标三维图像的原理，接着通过多普勒线性拟合的方法估计目标运动速度方向余弦信息，然后沿该方向对多个单次快拍三维图像的数据阵进行相干化处理，最后沿着散射点的拟合直线提取出峰值部分，从而重构出改善了的三维图像。仿真实验表明该方法通过对慢时间维多普勒信息的充分利用，可以实现短成像积累时间内对目标沿运动方向方位分辨率的提升，且对空中慢速目标和快速目标均能获得聚焦良好的三维像，相较于传统重排和插值方法具有更好的适用性和实用价值。

图2 多普勒线性拟合结果及其误差分析

图3 目标的单快拍三维成像结果

图4 目标的多快拍三维成像结果

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