【正文】 加實(shí)現(xiàn)高分辨成像，其基本原理可以用點(diǎn)目標(biāo)結(jié)合線性陣列模型來(lái)解釋。 假定 SAR 平臺(tái)沿直線勻速運(yùn)動(dòng)采集數(shù)據(jù)，由此采樣點(diǎn)可以構(gòu)造成一空間直線陣列，SAR 的雙程傳輸模型可以等效為目標(biāo)向天線陣列的輻射模型，具體參見(jiàn)圖43。 圖43 SAR的回波歷程圖44 BP算法的聚焦過(guò)程根據(jù)圖43中SAR的幾何關(guān)系，可以得到目標(biāo)到天線陣列的時(shí)延曲線(如圖44所示)，具體的時(shí)延表示式為： （436）為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，發(fā)射信號(hào)直接表示為沖激信號(hào) ，那么SAR的時(shí)域回波數(shù)據(jù)為： （437）BP算法的基本思想是通過(guò)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)到各個(gè)天線孔徑點(diǎn)之間的雙程時(shí)延，而后沿相應(yīng)的時(shí)延曲線進(jìn)行相干疊加(見(jiàn)圖 (b))，求疊加結(jié)果的幅度得到所需目標(biāo)點(diǎn)的后向散射強(qiáng)度，即： （438）對(duì)成像區(qū)域中的各個(gè)點(diǎn)遍歷上述“延遲—求和”過(guò)程，即可得到每個(gè)點(diǎn)的散射強(qiáng)度值。當(dāng)成像區(qū)域的像素點(diǎn)與目標(biāo)位置重合時(shí)，式(438)就會(huì)沿著目標(biāo)的時(shí)延曲線積分，實(shí)現(xiàn)相干疊加。當(dāng)像素點(diǎn)與目標(biāo)位置不重合時(shí)，式(438)將無(wú)法進(jìn)行相干疊加，從而就可得到目標(biāo)的精確成像結(jié)果。 標(biāo)準(zhǔn)BP算法描述MIMO雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)表示式是關(guān)于發(fā)射孔徑位置變量、接收孔徑位置變量和時(shí)間t的函數(shù)形式，在方位向上無(wú)論是信號(hào)包絡(luò)還是載頻相位項(xiàng)都與變量和有關(guān)，在距離時(shí)間向已經(jīng)通過(guò)匹配濾波進(jìn)行了壓縮，常規(guī)的頻域SAR成像算法難以同時(shí)完成對(duì)發(fā)射孔徑和接收孔徑的方位聚焦。因此，MIMO雷達(dá)成像的首選處理方法就是不受陣列形式限制的BP算法。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)BP算法對(duì)MIMO雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理之前，首先對(duì)MIMO雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的時(shí)延曲線進(jìn)行分析。目標(biāo)散射點(diǎn) q對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)延可表示為： （439）MIMO 雷達(dá)方位向成像處理時(shí)需要同時(shí)聚焦收發(fā)孔徑的時(shí)延曲線，而傳統(tǒng)的RD算法、RM算法及CS算法等一般只能聚焦發(fā)射孔徑或是接收孔徑的時(shí)延曲線，所以它們難以實(shí)現(xiàn)MIMO雷達(dá)成像，但 MIMO雷達(dá)復(fù)雜的時(shí)延曲線特征對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)BP算法卻不會(huì)產(chǎn)生影響。按照 BP 算法的基本原理，建立如圖45所示的成像處理幾何結(jié)構(gòu)。圖中對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，即通過(guò)均勻采樣將連續(xù)圖像離散化。區(qū)域劃分后像素點(diǎn)之間的間隔一般與分辨率相當(dāng)，因?yàn)殚g隔太大會(huì)造成圖像的欠采樣，影響成像質(zhì)量，而間隔過(guò)小又會(huì)加大算法的運(yùn)算量。圖 ，這只是為了方便繪制 MIMO 雷達(dá)成像處理的幾何結(jié)構(gòu)，并不代表它們之間的實(shí)際分布關(guān)系。 假定成像區(qū)域劃分為K個(gè)像素點(diǎn)，以(k=1,2,…,K)和(l=1,2,…,L)分別表示距離向和方位向上像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，和則表示像素點(diǎn)（）到發(fā)射陣元 m和接收陣元n的距離，如圖45所示。圖45 MIMO雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)BP算法的成像處理幾何結(jié)構(gòu)在球面波輻射接收模型下，像素點(diǎn)（）與收發(fā)天線位置組合（）之間的雙程時(shí)延為： （4310）距離壓縮后的MIMO雷達(dá)回波數(shù)據(jù)表示為： （4311）標(biāo)準(zhǔn) BP算法需要對(duì)它完成方位向的聚焦處理。成像區(qū)域像素點(diǎn)（）的聚焦結(jié)果可以表示為： （4312）上述BP算法的成像處理包含三個(gè)過(guò)程：基頻包絡(luò)的時(shí)延調(diào)整， 載頻項(xiàng)的相位校正和數(shù)據(jù)相干疊加，具體的算法處理流程如圖46所示。從圖中可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)BP算法的處理流程簡(jiǎn)單，相位補(bǔ)償容易，同時(shí)在成像過(guò)程中不存在任何假設(shè)條件的情況下對(duì)MIMO雷達(dá)成像的陣列形式?jīng)]有限制，是一種魯棒性很強(qiáng)的時(shí)域成像算法。但標(biāo)準(zhǔn)BP算法的處理過(guò)程需要逐點(diǎn)精確聚焦，這使得算法的運(yùn)算量很大，這是標(biāo)準(zhǔn)BP算法的主要缺點(diǎn)，所以MIMO雷達(dá)成像使用標(biāo)準(zhǔn)BP算法時(shí)需要特別注意這個(gè)問(wèn)題。 MIMO雷達(dá)回波數(shù)據(jù)劃分成像區(qū)域K選擇初始像素點(diǎn)信號(hào)分選(k,l)e（，t）確定像素點(diǎn)的時(shí)延曲線時(shí)間延遲e(,)(k+1,l)或(k,l+1)改變像素點(diǎn)位置相位校正e(，)否判斷是否遍歷整個(gè)成像區(qū)域沿發(fā)射孔徑和接收孔徑相干疊加是成像結(jié)果圖46 MIMO雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)BP算法流程圖 標(biāo)準(zhǔn)BP算法仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)在一棟大樓的樓頂，因此收發(fā)孔徑及目標(biāo)場(chǎng)景距離的取值范圍都會(huì)受到一定的限制，但參數(shù)的選擇都滿足誤差分析的要求。為了便于對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行描述，以天線導(dǎo)軌方向?yàn)閤軸方向，以導(dǎo)軌的水平垂直方向?yàn)閥軸方向建立二維直角坐標(biāo)系。接收陣列的孔徑長(zhǎng)度為1m，分布于x軸上的[ 0. 5 m， 0. 5 m] 區(qū)間；發(fā)射陣列包含3個(gè)發(fā)射陣元，它們的坐標(biāo)分別為( 0. 7 m， 0 m) 、( 0 m，0 m) 和( 0. 7 m，0 m) 。目標(biāo)的參考中心到天線導(dǎo)軌的距離為10m，相應(yīng)的坐標(biāo)為( 0 m，10 m)。多散射點(diǎn)目標(biāo)包括4個(gè)散射點(diǎn)，它們的坐標(biāo)分別為( 0. 25 m， 9. 5 m) 、 ( 0. 25 m，10. 5 m)、 ( 0. 25 m，9. 5 m)、 ( 0. 25 m，10. 5 m) 。發(fā)射信號(hào)的中心波長(zhǎng)為0. 03 m，帶寬為200 MHz。利用標(biāo)準(zhǔn)BP算法對(duì)上述MIMO雷達(dá)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所錄取的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，處理結(jié)果如圖47所示。圖47 多散射點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)BP算法成像結(jié)果第五章 總結(jié)與展望本文考慮到MIMO雷達(dá)成像技術(shù)的應(yīng)用背景，針對(duì)MIMO雷達(dá)的成像基礎(chǔ)問(wèn)題、成像算法等進(jìn)行了深入的研究，并且對(duì)雷達(dá)正演做了模擬成像，主要內(nèi)容如下： 研究了MIMO雷達(dá)成像所涉及的數(shù)據(jù)獲取方式、陣列特性等基礎(chǔ)性問(wèn)題。通過(guò)MIMO雷達(dá)成像的數(shù)據(jù)獲取方式研究，證明多觀測(cè)通道效應(yīng)是MIMO雷達(dá)實(shí)時(shí)成像的基本保障條件。模擬了探底雷達(dá)正演的成像過(guò)程。設(shè)定目標(biāo)模型的對(duì)應(yīng)參數(shù)，利用GprMax軟件對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行二維建模。研究了MIMO雷達(dá)數(shù)字波束形成技術(shù)。如果能夠?qū)ο嗫仃嚴(yán)走_(dá)的波束形成及自適應(yīng)處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)用于 MIMO 雷達(dá)中，則能夠提高目標(biāo)定位精度和多目標(biāo)分辨能力，并能夠更有效地抑制雜波和干擾。研究了MIMO雷達(dá)成像BP算法?；赟AR BP算法原理，導(dǎo)出了MIMO雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)BP算法?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)BP算法的實(shí)現(xiàn)效率問(wèn)題，提出了MIMO雷達(dá)TCCBP算法，它是基于時(shí)延曲線校正的。結(jié)合SAR RD算法，提出了MIMO雷達(dá)RDBP算法，它具有高于標(biāo)準(zhǔn)BP算法和TCCBP算法的運(yùn)算效率。從MIMO雷達(dá)概念提出至今，人們對(duì)MIMO雷達(dá)各方面關(guān)鍵技術(shù)的研究日趨深入，MIMO 雷達(dá)的多方面性能優(yōu)勢(shì)也逐步得到證實(shí)。由于MIMO雷達(dá)成像技術(shù)尚處于起步階段，其技術(shù)本身比較復(fù)雜，尚有許多理論和實(shí)際問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究： (1) 正交發(fā)射信號(hào)及其分選方法設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)適用于MIMO 雷達(dá)成像技術(shù)的發(fā)射信號(hào)波形及其分選方法需要進(jìn)行研究。(2) 雷達(dá)正演成像的效果圖有待提高。(3) 文中提出了很多種算法技術(shù)，但是，各種算法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，在今后的研究中，應(yīng)該結(jié)合各種算法綜合考慮，逐步完善成像算法。 致謝四年的本科生學(xué)習(xí)即將結(jié)束，在這段時(shí)光里充滿了艱辛與快樂(lè)、挑戰(zhàn)與收獲，我得到了諸多老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持與幫助。值此論文完成之際，謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1] 王懷軍，MIMO雷達(dá)成像算法研究，博士學(xué)位論文，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，201009。[2] 雷文太、黃春琳、王懷軍等，合成孔徑與實(shí)孔徑雷達(dá)譜域成像算法對(duì)比分析，數(shù)據(jù)采集與處理，2010。[3] 王懷軍、許紅波、陸珉等，MIMO雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用分析，雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2009。[4] 王懷軍、黃春琳、陸珉等，MIMO雷達(dá)反向投影成像算法，系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2010。[5] 姜偉，MIMO雷達(dá)信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)研究，博士學(xué)位論文，北京理工大學(xué)，2009年11月30日。[6] 黃玲，多輸入多輸出探地雷達(dá)方法研究，博士學(xué)位論文，吉林大學(xué)，2010年4月。[7] 黃韜、袁超偉、楊睿哲等，MIMO相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用，北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2006年3月4日。[8] 夏威，MIMO雷達(dá)模型與信號(hào)處理研究，博士學(xué)位論文，西安: 西安電子科技大學(xué), 2007年3月8日。[9] 孔令講，淺地層探地雷達(dá)信號(hào)處理算法的研究，碩士學(xué)位論文，西安：西安電子科技大學(xué)，2003年。[10] 粟毅、黃春琳、雷文太，探地雷達(dá)理論與應(yīng)用，北京: 科學(xué)出版社，2006年。[11] 曾昭發(fā)、劉四新、王者江、薛建，探地雷達(dá)方法原理與應(yīng)用，北京: 科學(xué)出版社，2006年。[12] 王青，MIMO雷達(dá)陣列設(shè)計(jì)方法研究，碩士學(xué)位論文，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院，2011年7月。[13] 何子述、韓春林、劉波，MIMO雷達(dá)概念及其技術(shù)特點(diǎn)分析，電子學(xué)報(bào)，2005年。[14] Nikolaus Lehmann, Some Contributions on MIMO radar,Newark,New jersey Institute of Technology, Doctor thesis of Philosophy,2007.[15] James Irving，Rosemary Knight，Numerical modeling of groundpenetrating radar in 2D using MATLAB，Computers amp。 Geosciences 32，2006.28