利用發(fā)射柵瓣的成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陣列成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在聲納、雷達(dá)以及醫(yī)學(xué)等陣列成像技術(shù)中，一般采用半波長(zhǎng)布陣（SuttonJL， Underwateracousticimaging,ProceedingsoftheIEEE，1979 ;67 (4):554-566.BaoZ， XingMDandWangT，Radarimagingtechnique，China:PublishHouseofElectronics Industry，2005.MakovskiA，Ultrasonicimagingusingarrays，Proceedingsof theIEEE，1979;67(4):484-495.)。為了提高方位分辨率，可以將陣元間距設(shè)為略大于 半波長(zhǎng)。但是，當(dāng)陣元間距過(guò)大時(shí)，波束圖會(huì)產(chǎn)生柵瓣（VanTreesHLOptimumarray processing:part4ofdetection，estimation，andmodulationtheory.Hoboken:John Wiley&SonsInc.，2002.)。柵瓣的出現(xiàn)導(dǎo)致方位模糊。因此，傳統(tǒng)成像方法都是避免柵瓣 的出現(xiàn)，并將柵瓣的出現(xiàn)看作有害現(xiàn)象而加以抑制。在抑制柵瓣的過(guò)程中，對(duì)陣列設(shè)計(jì)和發(fā) 射信號(hào)設(shè)計(jì)都會(huì)施加較多的束縛條件，從而導(dǎo)致成像系統(tǒng)的方位分辨率受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用發(fā)射柵瓣進(jìn)行成像的方法，采用 大間距稀疏布置發(fā)射陣元產(chǎn)生較多的發(fā)射波束圖柵瓣，利用發(fā)射波束圖的主瓣和柵瓣對(duì)目 標(biāo)區(qū)域進(jìn)行離散照射（傳統(tǒng)方法是避免柵瓣的出現(xiàn)，本發(fā)明則是需要用到發(fā)射柵瓣），設(shè)計(jì) 合適的密布接收陣列并將接收波束掃描方向僅限于發(fā)射主瓣和發(fā)射柵瓣方向，保證將接收 波束圖主瓣對(duì)準(zhǔn)發(fā)射主瓣或某個(gè)發(fā)射柵瓣的同時(shí)，接收波束圖的低旁瓣或零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)其它柵 瓣，從而達(dá)到獲得某個(gè)柵瓣方向回波的同時(shí)抑制其它柵瓣回波的目的。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0005]1)設(shè)計(jì)所需的成像陣列，發(fā)射陣列為M元ULA，接收陣列為N元ULA，所述的ULA表 示均勻直線陣；發(fā)射ULA和接收ULA位于同一條直線上，且?guī)缀沃行闹丿B；發(fā)射ULA為稀疏 陣列，接收ULA為密布陣列，發(fā)射陣元間距dt和接收陣元間距dr滿足dt=Ndr;接收主瓣 指向其中某個(gè)發(fā)射柵瓣或主瓣時(shí)，接收波束圖的零點(diǎn)或低旁瓣同時(shí)指向其它發(fā)射柵瓣；
[0006] 2)使用步驟1)設(shè)計(jì)的成像陣列進(jìn)行信號(hào)發(fā)射、接收波束形成和成像處理，其中， 目標(biāo)被建模為P個(gè)散射點(diǎn)，第P個(gè)散射點(diǎn)的角度為0p，即第P個(gè)散射點(diǎn)相對(duì)于接收ULA法 線方向的夾角，P= 1，2，…，P;在一個(gè)發(fā)射與接收周期中，M個(gè)發(fā)射陣元同時(shí)發(fā)射經(jīng)過(guò)加權(quán) 的脈沖信號(hào)8(〇 = [&1(0。）a2(0Q)…aM(0Q)]HSQ(t)，其中，t代表時(shí)間，sQ(t)為原始發(fā) 射信號(hào)，am( 9 Q) =Amexp[-j2JrfQ(m-l)dtsin9Q/c]為M元發(fā)射ULA中第m個(gè)發(fā)射陣元上的 復(fù)加權(quán)，Am為對(duì)應(yīng)的幅度加權(quán)，0 ^代表發(fā)射主瓣指向，f^為窄帶發(fā)射信號(hào)的中心頻率，c為 信號(hào)傳播速度；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用發(fā)射柵瓣的成像方法，其特征在于包括下述步驟： 1) 設(shè)計(jì)所需的成像陣列，發(fā)射陣列為M元ULA，接收陣列為N元ULA，所述的ULA表示 均勻直線陣；發(fā)射ULA和接收ULA位于同一條直線上，且?guī)缀沃型?、重疊；發(fā)射ULA為稀疏陣 列，接收ULA為密布陣列，發(fā)射陣元間距化和接收陣元間距化滿足化=N化；接收主瓣指 向其中某個(gè)發(fā)射柵瓣或主瓣時(shí)，接收波束圖的零點(diǎn)或低旁瓣同時(shí)指向其它發(fā)射柵瓣； 2) 使用步驟1)設(shè)計(jì)的成像陣列進(jìn)行信號(hào)發(fā)射、接收波束形成和成像處理，其中，目標(biāo) 被建模為P個(gè)散射點(diǎn)，第P個(gè)散射點(diǎn)的角度為0P，即第P個(gè)散射點(diǎn)相對(duì)于接收ULA法線方 向的夾角，P= 1，2,…，P;在一個(gè)發(fā)射與接收周期中，M個(gè)發(fā)射陣元同時(shí)發(fā)射經(jīng)過(guò)加權(quán)的脈 沖信號(hào)s(t)=杠（0。）32(0。）…aM(0〇)]Hs〇(t),其中，t代表時(shí)間，s〇(t)為原始發(fā)射信 號(hào)，0。）=Am6xp[-j2 31f〇(m-l)dtSin0 〇/c]為M元發(fā)射ULA中第m個(gè)發(fā)射陣元上的復(fù)加 權(quán)，Am為對(duì)應(yīng)的幅度加權(quán)，0。代表發(fā)射主瓣指向，f。為窄帶發(fā)射信號(hào)的中屯、頻率，C為信號(hào) 傳播速度； 此時(shí)，M元發(fā)射ULA指向0。的波束庚中
， 入是與f。對(duì)應(yīng)的信號(hào)波長(zhǎng)； 利用接收ULA采集回波，第n個(gè)接收陣元上的回波
其中，n=l，2,…，N，Op為第P個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度，是第m個(gè)發(fā)射陣元到第P個(gè)散射點(diǎn)的時(shí)延，與:是第P個(gè)散射點(diǎn)到第n個(gè)接收陣元的時(shí)延，z"(t)代表噪聲項(xiàng)； 在進(jìn)行接收波束形成時(shí)，接收波束圖的主瓣指向位于
的發(fā)
射波束圖主瓣和柵瓣，第q個(gè)波束的輸4 其中，q= 1，2,…，Q，Q代 表波束數(shù)；第n個(gè)接收陣元上的復(fù)加權(quán)
A。為幅度加權(quán)，0q為第q個(gè)波束的指向角。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用發(fā)射柵瓣的成像方法，設(shè)計(jì)具有大間距稀疏布置的發(fā)射陣列和小間距密集布置的接收陣列，接收主瓣指向其中某個(gè)發(fā)射柵瓣或主瓣時(shí)，接收波束圖的零點(diǎn)或低旁瓣同時(shí)指向其它發(fā)射柵瓣；根據(jù)設(shè)計(jì)的陣列進(jìn)行信號(hào)發(fā)射、接收波束形成和成像處理，獲得目標(biāo)區(qū)域的成像結(jié)果。本發(fā)明可以利用發(fā)射柵瓣來(lái)獲得更多的照射角度，可獲得高于傳統(tǒng)方法的角度分辨率。
【IPC分類】G01S15-89, G01S13-89
【公開(kāi)號(hào)】CN104793206
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510209224
【發(fā)明人】劉雄厚, 孫超, 楊益新, 卓頡
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日