【正文】 data processing) is more plex.The most critical part of radar imaging is the imaging algorithm. Many algorithms are proposed through constant research and improvement of algorithm. Some algorithms can be bined with each other, so as to improve the imaging effect, of which the digital beamforming (DBF) technology and the back projection (BP) imaging algorithm are more representative. Based on different theoretical basis, the algorithm derives a lot of different algorithms, such as 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 1167。 MIMO雷達(dá) 2第二章 陣列成像算法概述 6167。 MIMO雷達(dá)基本模型 7 虛擬陣列 7 發(fā)射波形 9 信號模型 10167。 引言 12167。 GPRMAX模擬探地雷達(dá)二維模型 14167。 引言 15167。 MIMO雷達(dá)反向投影算法 18 觀測信號模型 18 SAR BP算法基本原理 18 標(biāo)準(zhǔn)BP算法描述 20 標(biāo)準(zhǔn)BP算法仿真 23第五章 總結(jié)與展望 24致謝 25參考文獻(xiàn) 26第一章 緒論167。1910年，德國人Leimbach和Lwy闡明了探地雷達(dá)的基本概念。1963年，Evans用探地雷達(dá)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(dá)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(dá)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(kuò)大了探地雷達(dá)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(dá)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(dá)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(biāo)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(dá)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(biāo)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(dá)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(dá)綜合利用陣列和分集技術(shù)，引入了遠(yuǎn)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(jìn)行多通道回波數(shù)據(jù)處理，從而在目標(biāo)檢測和參數(shù)估計以及成像識別等性能上比傳統(tǒng)雷達(dá)有了很大改善與提高。但是，上世紀(jì)70年代末，法國ONERA（國家航天局）提出的SIAR（綜合脈沖孔徑雷達(dá)）概念就已經(jīng)有了MIMO雷達(dá)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(dá)信號處理實驗室和中電科技集團(tuán)第38所合作研制出了稀布陣SIAR 試驗系統(tǒng)。SIAR的獨(dú)特之處是發(fā)射天線發(fā)射的信號是相互正交的，且在接收端進(jìn)行數(shù)字波束形成，能同時測出目標(biāo)的方位、距離、仰角和速度。泛探雷達(dá)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(jì) 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(dá)的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了 SIAR 和泛探雷達(dá)范圍。MIMO 雷達(dá)的搭載平臺多種多樣，可以是地基、機(jī)載或星載等平臺。然而，MIMO雷達(dá)基本概念已被大家所認(rèn)同，其形成可以認(rèn)為是在2003年和2004年的一些學(xué)術(shù)會議上，會議設(shè)專題討論MIMO 雷達(dá)的相關(guān)理論問題。圖122 概念模型圖123 基本構(gòu)成MIMO雷達(dá)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(dá)的研究主要以Fishler、Haimovich、Blum為代表。觀測復(fù)雜起伏目標(biāo)時，雷達(dá)觀測角度的細(xì)微變化可能會導(dǎo)致目標(biāo)RCS數(shù)十分貝的變化，分布式MIMO雷達(dá)利用大間距天線陣從多個角度獲得相互獨(dú)立的多路目標(biāo)回波。分布式天線布陣提高了MIMO雷達(dá)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(dá)分為三種：發(fā)射分集MIMO雷達(dá)、接收分集MIMO雷達(dá)、收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)(又稱統(tǒng)計MIMO雷達(dá))。其發(fā)射陣列和接收陣列構(gòu)型與分布式MIMO 雷達(dá)不同，陣元間距較小，收發(fā)陣列和目標(biāo)通常滿足遠(yuǎn)場關(guān)系。緊湊式MIMO雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比有許多優(yōu)勢 綜上所述，MIMO雷達(dá)概念的實現(xiàn)形式如圖124所示， 圖中將SIAR和泛探雷達(dá)作為MIMO雷達(dá)的兩種特例。 MIMO雷達(dá)基本原理 引言MIMO 雷達(dá)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(dá)的一種基本波形，下面以正交多相碼信號為例，介紹MIMO雷達(dá)的基本原理及特性，并引入 MIMO 雷達(dá)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(dá)，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(dá)通過實際的多個發(fā)射天線和接收天線來探測目標(biāo)，通過單次“快拍”發(fā)射就能得到攜帶目標(biāo)信息的多路觀測回波數(shù)據(jù)。MIMO雷達(dá)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(dá)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(dá)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，F(xiàn)ortuny Guasch和Martinez vazquez討論了UWB MIMO雷達(dá)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(biāo)進(jìn)行成像，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(dá)收發(fā)垂直布陣窄帶成像。在窄帶MIMO雷達(dá)成像基礎(chǔ)上，段廣青等建立了一種寬帶MIMO雷達(dá)三維成像模型，并給出了相應(yīng)的三維成像算法。 MIMO雷達(dá)基本模型 虛擬陣列 虛擬陣列是MIMO雷達(dá)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(dá)的陣列結(jié)構(gòu)及接收機(jī)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(biāo)系中的坐標(biāo)，[]T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算。個“發(fā)射接收”通道的雙程相對時延構(gòu)成一個長度為的時延矢量：D= ()定義MIMO雷達(dá)的陣列導(dǎo)向矢量為：v= ()其中，是發(fā)射信號載頻。圖23列出了幾種典型的MIMO虛擬陣列結(jié)構(gòu)，其中（a）、（b）用收發(fā)分置天線，但收發(fā)天線均分布在較小范圍內(nèi)，目標(biāo)遠(yuǎn)場假設(shè)仍然成立，以便實現(xiàn)多天線間的相參處理。（c）是“單基”結(jié)構(gòu)，相同設(shè)備量條件下，“單基”結(jié)構(gòu)虛擬陣列的基線短，空間分辨率低，但是其方向圖旁瓣（天線方向圖上最大輻射波束旁邊的小波束）電平較低。正交信號的中心頻率不一定是相同的。其中，多相碼信號有更好的自相關(guān)特性和多普勒頻率特性，且信號結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易檢測和分析，另外，多相碼的低成本脈沖壓縮處理技術(shù)已經(jīng)成為可能。 假設(shè)多相碼正交信號集中含有個信號，每個信號有L個子脈沖，每個子脈沖的相移數(shù)為P，每個子脈沖寬度為T，則正交多相碼信號集可表示為：（）（）（）信號的自相關(guān)函數(shù)為：（）為了提高發(fā)射信號的距