【正文】 Geosciences 32，2006.28。[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。[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。[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。[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。[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。[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。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，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，201009。 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、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。(2) 雷達(dá)正演成像的效果圖有待提高。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)。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?；赟AR BP算法原理，導(dǎo)出了MIMO雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)BP算法。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。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。通過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。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。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) 。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) 。 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。從圖中可見，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。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。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。圖中對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，即通過均勻采樣將連續(xù)圖像離散化。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。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。當(dāng)像素點(diǎn)與目標(biāo)位置不重合時(shí)，式(438)將無法進(jìn)行相干疊加，從而就可得到目標(biāo)的精確成像結(jié)果。 圖43 SAR的回波歷程圖44 BP算法的聚焦過程根據(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，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”過程，即可得到每個(gè)點(diǎn)的散射強(qiáng)度值。BP算法通過回波數(shù)據(jù)在時(shí)域的相干疊加實(shí)現(xiàn)高分辨成像，其基本原理可以用點(diǎn)目標(biāo)結(jié)合線性陣列模型來解釋。不考慮噪聲和天線輻射方向圖的影響，第n個(gè)接收陣元的回波信號(hào)為： （433）其中=()為接收陣元的坐標(biāo)，發(fā)射陣元坐標(biāo)=()，是第q個(gè)散射中心的散射系數(shù)， 表示發(fā)射信號(hào)從發(fā)射陣元m經(jīng)散射中心q到接收陣元 n的傳播時(shí)延，可寫為： （434）MIMO雷達(dá)的基帶回波信號(hào)表示為： （435）對(duì)應(yīng)于多觀測(cè)通道的輸出結(jié)果，由此，接收端將得到MN路基帶回波信號(hào)。發(fā)射陣元m的發(fā)射信號(hào)為： （431） 為載頻，為正交復(fù)包絡(luò)，滿足：, 1=i，j=M （432）理想正交情況下g(t)為沖激脈沖，但由于通常為一定時(shí)寬的時(shí)域正交信號(hào)，g(t)可以看做是其低旁瓣自相關(guān)函數(shù)，假設(shè)各個(gè)發(fā)射信號(hào)波形的自相關(guān)函數(shù)形式相同，并忽略互相關(guān)影響。 數(shù)字波束形成仿真用MATLAB模擬DBF（Digital BeamForming）技術(shù)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖42所示： 圖42 DBF仿真167。實(shí)際陣列的輸入信號(hào)為x=s+n，陣列輸出功率為：P(φ) = |Y(φ)|2 = wHxxHw → E[P(φ)] = wHRxxw 相當(dāng)于利用周期圖法對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行譜分析，可采用現(xiàn)有的譜分析結(jié)論。進(jìn)一步假設(shè)∈[0,π]，為保證波束指向?yàn)榈姆较驁D不出現(xiàn)柵瓣，陣元間距應(yīng)滿足：dλ/(1+|cosΦ0|) 或 dλ/(1+|sinθ0|)故相控陣天線為避免柵瓣常取陣元滿足：d≤λ/2對(duì)方位φr∈[0,π]的入射信號(hào)矢量s，波束掃描輸出為：w為陣列加權(quán)矢量，w(m)=amexp[jψm]是陣元m的加權(quán)系數(shù)，其中幅度加權(quán)am抑制旁瓣，ψm=mψ用于補(bǔ)償入射信號(hào)程差，M為陣元數(shù)，入射信號(hào)矢量s元素s(m)=exp[jmψr]，ψ=2πdcosφ/λ，ψr=2πdcosφr/λ。圖41 等間距線性陣列示意圖在窄帶信號(hào)條件下，由于相鄰陣元間對(duì)同一遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)回波存在線性路程差關(guān)系，因此等間距線陣輸出信號(hào)矢量幅度相同，僅存在線性相位差，即入射信號(hào)矢量的元素（第m個(gè)陣元接收到的回波信號(hào)）為： s(m)=exp[j m]式中=2πd cos/ λ（假設(shè)共用發(fā)射天線，僅接收單程），λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，M為陣元數(shù)。 MIMO雷達(dá)波束形成技術(shù) 數(shù)字波束形成的原理等間距線性陣列示意圖如圖41，陣列由M個(gè)相同陣元組成，所有陣元排列在一條直線上，相互間距均為d。BP 算法是一種精確的時(shí)域成像算法, 但計(jì)算效率低, 應(yīng)用時(shí)需要考慮如何降低其運(yùn)算量的問題。如合成孔徑成像算法中的RD（range Doppler，距離多普勒）算法、RM（range migration，距離偏移）算法和CS（chirp scaling,線頻調(diào)變標(biāo)）算法等大都不適用于處理多收發(fā)天線陣列結(jié)構(gòu)的回波數(shù)據(jù)。MIMO雷達(dá)在數(shù)據(jù)獲取方式上是并行實(shí)現(xiàn)的, 數(shù)據(jù)觀測(cè)通道對(duì)應(yīng)于收發(fā)天線陣列的空間卷積, 而傳統(tǒng)的SAR（Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達(dá)）或ISAR（Inverse Synthetic Aperture Radar，逆合成孔徑雷達(dá)）一般都基于收發(fā)同置情形以時(shí)間順序采集空間數(shù)據(jù)。對(duì)此，研究人員提出了多種去相關(guān)技術(shù)，包括空間平滑算法和頻域平滑算法等。在許多基于特征空間的自適應(yīng)波束形成算法中，相關(guān)回波會(huì)造成陣列協(xié)方差矩陣的奇異性，造成“信號(hào)相消”現(xiàn)象， 使算法性能急劇下降，甚至無法正常工作。如果能夠?qū)ο嗫仃嚴(yán)走_(dá)的波束形成和自適應(yīng)處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)并將其應(yīng)用于MIMO雷達(dá)中，則能夠提高目標(biāo)定位的精度和多目標(biāo)分辨能力，而且能夠更有效地抑制雜波和干擾。 引言第二章中對(duì)成像算法做了一個(gè)概述，本章主要是詳細(xì)介紹一下其中的兩種算法：BP（反向投影）算法和DBF（Digital BeamForming，數(shù)字波束形成）技術(shù)，包括各自的原理及其仿真。 小結(jié)由以上例子可知， 利用 GprMax2D和 MATLAB 進(jìn)行正演模擬是可行的 ，并且具有很好的效果，通過分析近年電子衡