【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信息获取与处理，涉及多输入多输出(mimo)雷达技术，具体涉及一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法。
技术介绍
1、雷达作为无线电领域的里程碑式专利技术，可以对目标进行全天候、全天时、远距离的检测和定位。早期雷达的分辨能力不高，所以把探测对象作为点目标来观测。随着技术的更新和发展，雷达分辨单元达到了更小的尺寸，远小于探测目标。因此对目标成像成为了雷达新阶段的任务。
2、雷达探测系统和通信系统的共通之处推动了雷达通信一体化的发展。目前在雷达系统中已有许多通信的理论和技术得到了不错的应用。比如通信中mimo技术与雷达中数字阵列技术结合产生的mimo雷达已在实际中得到广泛应用。20世纪70年代，mimo技术在无线通信领域大幅提升了通信性能。之后fishler等人提出了mimo雷达的概念，将这项技术引入了雷达系统。
3、woodward和davies使用逆概率方法和互信息研究雷达探测目标距离问题，将概率论和信息论方法引入雷达探测系统。20世纪50年代linfoot等人将香农信息论引入采样成像系统，将信息量作为评估光学系统质量的指标。1983年frost首次提出在sar成像问题中使用信息论方法。后续相关学者还基于信息论研究了mimo雷达系统进行距离-方向信息量。尽管信息论在雷达研究中已做出重要贡献，但是对于雷达成像性能评价指标的问题，从信息论出发的研究还比较少。雷达成像是根据对成像单元散射场的测量值来恢复其散射系数，散射系数中携带着有用信息。而互信息可以理解为目标先验不确定性的减少，因此在雷达成
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提供一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，将mimo雷达成像问题转化为面目标上各像素点的散射信息计算问题，将散射信息定义为散射特性与匹配后观测数据之间的互信息，散射信息体现了所成图像中包含的信息量，据此来评估成像系统的质量，为系统设计人员提供了理论指导。
2、技术方案：本专利技术所述的一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，包括以下步骤：
3、s1：将整个探测区域都作为雷达探测对象，通过对探测区域采样，建立具有距离向和方位向两个维度的面目标数学模型；
4、s2：建立mimo雷达单像素点的探测系统，通过单程时延，得到某一天线的回波信号；
5、s3：定义雷达发射正交信号时延矢量，将s2中的回波信号写为矩阵形式；推广得到由多个像素点组成的面目标的回波信号；
6、s4：在接收端对回波信号进行距离向和方位向匹配滤波：距离向用基带信号对回波进行匹配滤波，求出总的归一化时延，采用归一化距离，得到离散形式的匹配滤波结果；固定距离向参数，引入不同接收天线接收序列的矩阵表示形式，用接收天线的加权矢量进行方位向匹配滤波；
7、s5：经过方位向匹配滤波，得到二维观测数据矩阵，观测数据矩阵由探测区域的散射系数矩阵和复高斯噪声矩阵组成；
8、s6：根据散射系数矩阵和复高斯噪声矩阵的概率密度函数，得到经过匹配的观测数据的微分熵和给定散射系数的观测数据的条件微分熵；
9、s7：根据互信息定义得到面目标散射信息；散射信息量越大，表明成像效果越好。
10、进一步地，所述步骤s1中面目标数学模型的建立方法为：
11、把整个探测区域当作一个面目标，对探测区域进行采样，借用光学概念将采样点称为像素点；探测区域是有距离向和方位向的两维扇形面，通过采样将探测区域分解为距离向u个像素点，方位向v个像素点；采用极坐标建立面目标数学模型，阵列天线数为m；用(u,v)表示像素点坐标，u表示距离向，v表示方位向，u∈[1,u]，v∈[1,v]；像素点位置由目标与参考原点的距离rp和目标所在方向与坐标法线的夹角θ组成；设扇形探测区域距离参考原点最近处的距离为r，距离法线最近处的角度为θ；距离向以基带信号带宽的倒数△r＝1/b作为采样间隔，方位向以△βθ＝2π/m作为采样间隔，保证各采样点间无干扰；距离rp、空间频率△βθ和夹角θ的取值范围为：
12、rp∈{r+(u-1)△r|u＝1,2,…,u}
13、βθ∈{βθ+(v-1)△βθ|v＝1,2,…,v}
14、θ∈{arcsin[2dsinθ/λ+2(v-1)/m]|v＝1,2,…,v}。
15、进一步地，所述步骤s2实现过程如下：
16、采用极坐标系建立mimo雷达单像素点探测系统，以第一根天线为原点，第(u,v)个像素点位置为(rp,u,v,θu,v)；第(u,v)个像素点与第q根天线之间的距离为：
17、
18、其中，d为天线间的距离；
19、将第(u,v)个像素点与第q根天线之间的距离进行近似，得到相应的第q根天线发射或者接收的单程时延：
20、
21、其中，c代表电磁波的传播速度；
22、第q根天线接收到的第(u,v)个像素点的回波信号的表达式为：
23、
24、其中，m表示发射天线的序列号，q表示接收天线的序列号，α为目标复散射系数的幅度，为初始相位，fc为载波频率，ψm(t)表示第m根天线发射的基带信号，τ(rp,u,v,θu,v,m,q)表示双程时间延迟，wq(t)表示均值为0、带宽为b/2的噪声；
25、经过下变频到基带，第q根天线接收到的第(u,v)个像素点的回波信号为：
26、
27、进一步地，所述步骤s3实现过程如下：
28、雷达发射正交信号时延矢量为：
29、
30、发送方向矢量为：
31、a(θu,v)＝[1,exp(jπsinθu,v),…,exp(jπ(m-1)sinθu,v)]t
32、将某一天线的回波信号写为矩阵形式：
33、
34、则由多个像素点组成的面目标的回波信号具体为：
35、
36、进一步地，步骤s4所述距离向匹配滤波实现过程如下：
37、用基带信号对回波进行匹配滤波后：
38、
39、式中：
40、
41、令：
42、
43、
44、当此项为对角线元素时i＝g，令：
45、
46、则：
47、
48、式中，b＝△flzc；
49、当此项非对角线元素时i≠g：
50、
51、所以：
52、
53、距离向匹配滤波结果为：
54、
55、式中，wq(τ)＝∫dh(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤S1中面目标数学模型的建立方法为：
3.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤S2实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤S3实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，步骤S4所述距离向匹配滤波实现过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，步骤S4所述方位向匹配滤波实现过程如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤S5中二维观测数据矩阵为：
8.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的MIMO雷达成像评价方法，其特征在于，所述述步骤S6实现过程如下：
9.根据权利
...【技术特征摘要】
1.一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤s1中面目标数学模型的建立方法为：
3.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤s2实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，其特征在于，所述步骤s3实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于散射信息的mimo雷达成像评价方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐大专，张玮彤，许欢，沈琳琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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