【正文】 RDBP algorithm, the TCCBP algorithm, etc. For different algorithms ,we can get the simulation images with the help of MATLAB. Key words: MIMO radar, digital beamforming, back projection 目錄 第一章 緒論 ......................................................................................................... 1 167。 MIMO雷達 ................................................................................................ 2 第二章 陣列成像算法概述 ..................................................................................... 6 167。 MIMO雷達基本模型 .................................................................................. 7 虛擬陣列 ............................................................................................... 7 發(fā)射波形 ............................................................................................... 9 信號模型 ............................................................................................. 10 167。 引言 ........................................................................................................ 12 167。 GPRMAX模擬探地雷達二維模型 .............................................................. 14 167。 引言 ........................................................................................................ 15 167。 MIMO雷達反向投影算法 .......................................................................... 18 觀測信號模型 ...................................................................................... 18 SAR BP 算法基本原理 .......................................................................... 18 標準 BP 算法描述 ................................................................................ 20 標準 BP 算法仿真 ................................................................................ 23 第五章 總結(jié)與展望 ............................................................................................. 24 致謝 ................................................................................................................... 25 參考文獻 ............................................................................................................ 26 1 第一章 緒論 167。 1910年，德國人 Leimbach和 Lwy闡明了探地雷達的基本概念。 1963年，Evans用探地 雷達測量出了極地冰層的厚度。 70年代以后，電子技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代處理技術(shù)的應(yīng)用使得許多商業(yè)化的探地雷達系統(tǒng)先后問世，具有代表性的有 GSSI（美國地球物理探測設(shè)備公司）的 SIR系統(tǒng)、 SSI（加拿大探頭及軟件公司）的 pulseEKKO系列、 SGAB（瑞典地質(zhì)公司）的 RAMAC鉆孔地質(zhì)雷達系統(tǒng)以及 OYO（日本應(yīng)用地質(zhì)株式會社）的 GEORADAR系列，同時還不斷擴大了探地雷達的應(yīng)用范圍，已經(jīng)覆蓋了礦產(chǎn)資源勘查，考古，工程質(zhì)量無損檢測，巖土工程測試，環(huán)境工程等諸多領(lǐng)域。 但是，探地雷達同樣也面臨一些問題：（ 1）探測環(huán)境惡劣，工作空間受限；（ 2）探地雷達系統(tǒng)硬件水平受限；（ 3）大地 介質(zhì)的本質(zhì)特性約束；（ 4）天線方向性和目標散射截面閃爍以及電磁波多極化特性造成常規(guī)偏移成像方法的性能變差。第二個問題雖然可以通過提高探地雷達系統(tǒng)和天線系統(tǒng)來提高其探測性能，但實現(xiàn)高性能探測的成本非常高。隨著人們對目標探測的要求 (主要是對探測的深度和分辨率的要求 )的提高，對系統(tǒng)的探測性能的要求也越來越高，導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)的成本有可能越來越不切合實際。 基本原理 探地雷達利用高頻電磁波（ 1MHz～ 1GHz）以寬頻帶短脈沖的形式通過地面發(fā)射天線（ T）將信號送入到地下，經(jīng)地層界面或者目的體反射后再返回地面由接收天線（ R）接受電磁波的反射信號，通過分析電磁波反射信號的振幅特征和時頻特征來了解地層或者目的體的特征信息。 167。該雷達綜合利用陣列和分集技術(shù)，引入了遠多于實際物理陣元數(shù)目的觀測通道與自由度，并且在信號層進行多通道回波數(shù)據(jù)處理，從而在目標檢測和參數(shù)估計以及成像識別等性能上比傳統(tǒng)雷達有了很大改善與提高。但是，上世紀 70年代末，法國 ONERA（國家航天局）提出的 SIAR（綜合脈沖孔徑雷達）概念就已經(jīng)有了 MIMO雷達的影子。 1989 年， Dorey 等提出了一種全新體制的 SIAR，西安電子科技大學(xué)雷達信號處理實驗室和中電科技集團第38所合作研制出了稀布陣 SIAR 試驗系統(tǒng)。 SIAR的獨特之處是發(fā)射天線 3 發(fā)射的信號是相互正交的，且在接收端進行數(shù)字波束形成，能同時測出目標的方位、距離、仰角和速度。泛探雷達的中心思想是可以隨時探測任何時間、任何空間，并能夠在覆蓋空間范圍提供連續(xù)不間斷的多種功能。上世紀 70 年代有學(xué)者將 MIMO概念應(yīng)用于通信系統(tǒng)。 MIMO技術(shù)成功之處是成倍地提高了通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率而沒有增加帶寬。MIMO雷達的理論研究遠遠超出了 SIAR 和泛探雷達范圍。 MIMO 雷達的搭載平臺多種多樣，可以是地基、機載或星載等平臺。然而， MIMO雷達基本概念已被大家所認同，其形成可以認為是在 2020年和 2020年的一些學(xué)術(shù)會議上，會議設(shè)專題討論 MIMO 雷達的相關(guān)理論問題。 圖 122 概念模型 4 圖 123 基本構(gòu)成 MIMO雷達的天線陣元間距沒有特別限定，可以是密集或稀疏布陣，發(fā)射正交信號波形，廣域覆蓋空間范圍。 分布式 MIMO雷達的研究主要以 Fishler、 Haimovich、 Blum為代表。觀測復(fù)雜起伏目標時，雷達觀測角度的細微變化可能會導(dǎo)致目標 RCS數(shù)十分貝的變化，分布式 MIMO雷達利用大間距天線陣從多個角度獲得相互獨立的多路目標回波。分布式天線布陣提高了 MIMO雷達的抗摧毀能力。根據(jù)收發(fā)分集的組合形式，分布式 MIMO雷達分為三種：發(fā)射分集 MIMO雷達、接收分集 MIMO雷達、收發(fā)全分集 MIMO雷達 (又稱統(tǒng)計 MIMO雷達 )。其發(fā)射陣列和接收陣列構(gòu)型與分布式 MIMO 雷達不同，陣元間距較小，收發(fā)陣列和目標通常滿足遠場關(guān)系。緊湊式 MIMO雷達與傳統(tǒng)雷達相比有許多優(yōu)勢 綜上所述， MIMO雷達概念的實現(xiàn)形式如圖 124所示， 圖中將 SIAR和泛探雷達作為MIMO雷達的兩種特例。 MIMO 雷達基本原理 引言 MIMO 雷達通過多個發(fā)射天線同時發(fā)射多種相互正交波形，并采用多個接收天線接收所有波形的回波。 正交波形是 MIMO 雷達的一種基本波形，下面以正交多相碼信號為例，介紹 MIMO雷達的基本原理及特性，并引入 MIMO 雷達信號模型。其中，實孔徑成像技術(shù)主要用于實孔徑 (陣列 )成像雷達， Steinberg等做過深入的研究。二者兼有的成像技術(shù)包括ARTINO(Airborne Radar for Threedimensional Imaging and Nadir Observation)。 MIMO 雷達通過實際的多個發(fā)射天線和接收天線來探測目標，通過單次“快拍”發(fā)射就能得到攜帶目標信息的多路觀測回波數(shù)據(jù)。 MIMO雷達的虛擬陣元和實際物理陣元是同時空間并存的，不同于時間積累所得的合成 孔徑。在 MIMO雷達成像過程中，等效陣列和虛擬陣元將直接影響成像性能。 Roberts等用 IAA(Iterative Adaptive Approach，一種基于加權(quán)最小二乘的迭代自適應(yīng)方法 )來完成 MIMO雷達成像，并分別給出了 IAA方法的RangeDoppler圖像和 AngleRange圖像，通過與 DAS(DelayAndSum)獲得的圖像作對比，證明 IAA方法具有高分辨能力，同時還證明了 MIMO 陣列的多普勒和角度分辨能力都比SIMO(SingleInput and MultipleOutput)陣列高。 在成像模型和成像算法及陣列設(shè)計等方面， Fortuny Guasch和 Martinez vazquez討論了 UWB MIMO雷達 陣列小空域監(jiān)視問題，利用反向投影 (BP)算法對理想點目標進行成像， 7 然后推導(dǎo)得到 MIMO 陣列的方向圖，比較一發(fā)一收、單發(fā)多收和多發(fā)多收三種陣列形式的聚焦圖像和方向圖，證明 MIMO陣列有優(yōu)良成像性能。 Ma和 Wang分別研究 MIMO雷達收發(fā)垂直布陣窄帶成像。在窄帶 MIMO雷達成像基礎(chǔ)上，段廣青等建立了一種寬帶 MIMO雷達三維成像模型，并給出了相應(yīng)的三維成像算法。 MIMO 雷達基本模型 虛擬陣列 虛擬陣列是 MIMO雷達的一個基本概念，假設(shè)一個由 NT個發(fā)射陣元和 NR個接收陣元組成的陣列。 MIMO 雷達的陣列結(jié)構(gòu)及接收機結(jié)構(gòu)框圖分別如圖221和圖 222所示。（ j=1,2， … ， NR）為第 j個接收陣元在直角坐標系中的坐標， []T表示轉(zhuǎn)置運算。個“發(fā)射 接收”通道的雙程相對時延構(gòu)成一個長度