基于單通道MIMO雷達(dá)的毫米波安檢成像

第39卷第6期2020年12月MIMOradarMAZhao-Hui1，WANGJing-Yang2，JINGHan-Dan1，LIUFan3*，HUWei-Dong1，LYUXin1Keywords：millimeterwave（mmW）imaging，multiple-inputmultiple-output（MIMOsingle-channel，code-division-multiplex（CDMmismatchedfilterPACS84.40.Ua基于單通道MIMO雷達(dá)的毫米波安檢成像1（1.北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院毫米波與太赫茲技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.倫敦大學(xué)學(xué)院電子與電氣工程系，英國(guó)倫敦WC1E7JE）摘要：毫米波多入多出（MIMO）雷達(dá)是一種前沿的安檢成像技術(shù)。然而，由于采用了大量的發(fā)射/接收通道，MIMO雷達(dá)的成本和復(fù)雜度大大高于傳統(tǒng)的單通道雷達(dá)。為了研制低成本、低復(fù)雜度的毫米波MIMO安檢成像雷達(dá)，引入了雙重碼分復(fù)用技術(shù)。該方法可通過(guò)單發(fā)射/接收通道實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)多通道MIMO雷達(dá)相似的成像性能，對(duì)安檢成像領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。此外，設(shè)計(jì)了基于失配濾波器理論的解復(fù)用碼，其可在干擾條件下實(shí)現(xiàn)最大碼分集增益。進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證所提出方法的正確性與有效性，得到了滿(mǎn)意的結(jié)果。710紅外與毫米波學(xué)報(bào)39卷wave，whichmakesmmWapromisingfrequencyba1Single-channelMIMOradarbasedondual-CDMtechnique1.1Architectureofsingle-channelMIMOradarFig.1Single-CDMprocessintraditionalMIMOradar圖1傳統(tǒng)MIMO雷達(dá)中的單碼分復(fù)用過(guò)程6期7116期711Fig.2Dual-CDMprocessinsingle-channelMIMOradar圖2單通道MIMO雷達(dá)中的雙重碼分復(fù)用過(guò)程1.2DetailsoftheseconFig.3Blockdiagramofthesingle-channelMIMOradarfront-end圖3單通道MIMO雷達(dá)前端系統(tǒng)框圖］kbe712紅外與毫米波學(xué)報(bào)39卷表1長(zhǎng)度為15的m序列Hadamard積結(jié)果表Table1ListoftheHadamardproductresultsby15-lengthm-sequencespq1234567891-549736282-658471393 7619582445298376572-3914879683-41258794-5231697815 6342381926 7456492137-85753248-96121864359-7832975146-943862517-2De-multiplexcodedesignbasedonmismatchedfilterFig.4ThesecondaryCDMprocessofthedual-CDMinsingle-channelMIMOradar圖4單通道MIMO雷達(dá)雙重碼分復(fù)用的二次碼分復(fù)用過(guò)程Fig.5Schematicdiagramoftwotypicalde-multiplexprocessesandtheirresults，wherethetime-domainencodedsignal（a）istheonetobeextractedthistimeb）isthede-multiplexcodese-quencethistime，and（c）istheonenottobeextractedthistime圖5兩種典型的解復(fù)用過(guò)程及其結(jié)果示意圖，其中時(shí)域編碼前不需提取的信號(hào)kLT2）2L2L1kl］2hkk22714紅外與毫米波學(xué)報(bào)39卷2-p321.Fig.6Comparisonofthecorrelationoutputbetweenm-se-quence，TSOCandMMFC圖6原始m序列、完全移位正交碼與失配濾波器碼的相關(guān)輸出比較Fig.7ComparisonofthedefinedSNRbetweenm-sequence，TSOCandMMFC圖7m序列、完全移位正交碼與失配濾波器碼的解復(fù)用輸出信噪比≤Fig.8ComparisonoftheSIRbetweenm-sequenceandMMFC圖8m序列與失配濾波器碼的解復(fù)用輸出信干比3SimulationandexperimentFig.9The2×2linerarrayusedforthesimulation圖9仿真所用2×2線性陣列布陣6期7156期715Fig.10Thesimulatedsignalsforoneexemplaryobservationchannelduringthesingle-channel2×2MIMOimaging，where（a）isthereceivedsignalb）isthere-codedsignalc）istheaggregatedsignald）isoneofthede-multiplexedsignale）is theotherde-multiplexedsignaland（f）isthefinalde-multi-plexedsignalcombinedof（d）and（e）圖10單通道2×2MIMO雷達(dá)成像過(guò)程中的一個(gè)示例觀測(cè)通道信號(hào)仿真結(jié)果，其中a）是接收到的信號(hào)b）是二次編碼后的信號(hào)c）是聚合信號(hào)d）該信號(hào)的其中一個(gè)解復(fù)用信號(hào)，該路最終解復(fù)用信號(hào)3.2ExperimentFig.11Thepointspreadfunctionofthesimulatedsingle-chan-nelMIMOradarindistance-horizontaldimension圖11所仿真單通道MIMO雷達(dá)在水平-距離方向的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)Fig.12Photographof（a）theimagingsystemprototypeand（b）thephaseshiftersaswellasthe（c）blockdiagramofthissys- tem716紅外與毫米波學(xué)報(bào)39卷Fig.13Thesimulated26×26“T”shapeMIMOarraybyningusedfortheexperiment圖13掃描實(shí)驗(yàn)?zāi)M的26×26“T”型MIMO陣列示意圖Fig.14（a）Photographofthetarget；Single-channelMIMOra-的單通道MIMO雷達(dá)成像Fig.15Imagingtestofthetargetsunderclothes圖15目標(biāo)置于衣物下的成像實(shí)驗(yàn)4ConclusionReferences［2］CHENGHang，ZHENGHai-Tao，JINGHan-Dan，etal.Three-丹，等.W波段三維近場(chǎng)安檢成像系統(tǒng).紅外與毫米波學(xué)報(bào)2017，36（4408-414.［3］LuukanenA，ApplebyR，KempM，etal.TerahertzSpectroscopyandImaging：Millimeter-waveandterahertzimaginginsecurityapplica?［J］.ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngi?6期7176期717［8］AhmedSS，SchiesslA，Gumbmann