基于空间宽带效应补偿的毫米波MassiveMIMO雷达超分辨成像方法

本发明属于雷达成像，特别涉及毫米波massive mimo雷达的超分辨成像。

背景技术：

1、毫米波大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output,massive mimo）雷达相比传统雷达具有角度、距离分辨率高的特点，在辅助驾驶、广域监探测和桥梁监测等领域具有极为广泛的应用。传统基于数字波束形成的成像方法受瑞利衍射极限制约，不仅难以分辨同一波束内的密集目标，而且还存在副瓣较高的问题。超分辨技术以阵列信号处理模型为基础，借助先验信息约束、迭代优化策略及信号处理流程的改进等手段，获得突破天线阵列固有孔径限制的角分辨能力并抑制副瓣。

2、文献“t. yardibi, j. li, p. stoica, m. xue and a. b. baggeroer, "source localization and sensing: a nonparametric iterative adaptive approachbased on weighted least squares," in ieee transactions on aerospace andelectronic systems, vol. 46, no. 1, pp. 425-443, jan. 2010, doi: 10.1109/taes.2010.5417172.”提出了一种无超参数、加权最小二乘迭代的超分辨谱估计doa 估计算法；但该算法分辨率提升性能有限，且计算复杂度较高。文献“robert tibshirani,regression shrinkage and selection via the lasso, journal of the royalstatistical society: series b (methodological), volume 58, issue 1, january1996, pages 267–288.”提出了最小绝对收缩和选择算子算法（least absoluteshrinkage and selection operator, lasso），该方法将最小二乘法与范数正则项相结合，形成联合优化的代价函数，从而求解目标稀疏解，实现单快拍情况下超分辨doa估计；但该方法包含超参数，依赖于正则化参数选择。文献“petre stoica, prabhu babu, jianli. new method of sparse parameter estimation in separable models and its usefor spectral analysis of irregularly sampled data[j]. ieee transactions onsignal processing: a publication of the ieee signal processing society,2011,59(1):35-47. doi:10.1109/tsp.2010.2086452.” 提出了一种基于稀疏迭代协方差估计方法，该方法基于协方差拟合准则，无需预设任何超参数，可在单快拍条件下实现高精度的稀疏超分辨doa估计；但受到空间带宽效应影响，存在波束展宽、doa估计异常问题。

3、因此，亟需一种可同时实现空间宽带效应补偿、快速的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中波束畸变、角分辨率低的问题，通过构建毫米波massive mimo雷达的距离-角度耦合回波模型，进而构造幅度-相位联合补偿导向矢量，实现空间宽带效应补偿；再结合稀疏正则化实现超分辨成像，并利用区域分割及gs分解实现快速计算，最终完成目标角度估计与距离-角度联合快速成像。该方法利用频域补偿消除空间宽带效应影响，结合稀疏正则化实现超分辨，适用于高精度的毫米波成像场景。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于空间宽带效应补偿的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法，包括以下步骤：

3、步骤一、毫米波massive mimo雷达信号的发射与获取；massive mimo雷达通过发射频率随时间线性变化的线性调频信号；雷达拥有个发射天线和个接收天线，雷达虚拟通道数；以第一个发射天线为参考发射天线，第一个接收天线为参考接收天线；各发射天线分别在各自对应的发射时隙内发射信号；

4、步骤二、对一个发射周期内的回波进行频域变换，得到幅度-相位补偿导向矢量的幅度衰减项及相位偏移项；

5、步骤三、构建区域补偿矩阵：将探测角度分割成若干子区间，在各子区间内分别构建幅度-相位补偿导向矩阵和相位补偿导向矩阵；同时以均值方式对角度功率向量进行初始化；

6、步骤四、循环求解区域功率：在各子空间内对角度功率向量进行迭代求解，并将各子空间迭代结果进行拼接，实现对全局角度功率向量的求解。

7、本发明的有益效果是：本发明首先根据massive mimo雷达虚拟通道及收发信号模型建立距离-角度耦合的回波模型，利用频域变换对幅度衰减分量和相位偏移分量进行提取与补偿，进而构造幅度-相位联合补偿导向矢量；在此基础上，构造空间宽带失配条件下的导向矢量矩阵，对回波信号的幅度衰减和相位偏差进行校正，从而有效克服波束指向偏移和主瓣展宽的问题；最后，通过分割区域补偿并利用gs因式分解进行迭代求解，实现目标角度功率的快速计算，完成目标角度估计与距离-角度联合快速成像。该方法利用频域补偿消除空间宽带效应所产生的畸变，结合稀疏正则化方法实现超分辨，实现毫米波massivemimo雷达高精度、快速超分辨成像，并且能够降低运算复杂度。

1.基于空间宽带效应补偿的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤二具体实现方法为：回波信号在一个周期内的时域表达式为：

3.根据权利要求2所述的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤三具体实现方法为：将整个探测角度范围均匀离散化为个网格点，表示为：

4.根据权利要求3所述的毫米波massive mimo雷达超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤四具体实现方法为：在每个子区间内，根据设定的迭代次数循环以下（1）~（6）过程：