近場MIMO陣列成像

　　毫未波成像包括主動(dòng)與被動(dòng)兩種方式，本書主要討論前者。主動(dòng)式毫米波成像通過發(fā)射寬帶電磁波及利用大陣列孔徑來獲取目標(biāo)散射系數(shù)的三維高分辨空間分布，巳被廣泛應(yīng)用于遙感遙測、目標(biāo)特性測試、無損檢測、自動(dòng)駕駛及生物醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域。由于毫米波成像具有高分辨率及非電離特性，并且具有一定穿透性，因此，在人員安全檢查方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。綜合考慮成本與時(shí)間因素，毫米波成像所需的天線孔徑通常由一維天線陣列結(jié)合機(jī)械掃描形成。天線陣列可以設(shè)計(jì)為單站形式或MIMO （Multiple - Input Multiple - Output）形式。MIMO天線陣列由于利用了發(fā)射與接收之間的任意組合數(shù)據(jù)，從而形成多于實(shí)際天線單元的等效相位中心。相比單站形式，MIMO進(jìn)一步減少了系統(tǒng)成本，因而促進(jìn)了全電掃描成像系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。此外，MIMO陣列成像還可以減少圖像中的鬼影現(xiàn)象，近年來獲得了廣泛關(guān)壓與研究。本書主要討論了基于MIMO陣列的毫米波近場成像技木。“近場”在本書中指如下情形：目標(biāo)位于天線單元的遠(yuǎn)區(qū)，但二者之間的距離小于2D2／入，其中，D為目標(biāo)的最大橫向尺寸，入為電磁波波長。第1章介紹了毫米波成像原理，從麥克斯韋方程組出發(fā)，得出了散射場與目標(biāo)散射系數(shù)之間的常用函數(shù)關(guān)系。第2章介紹了直線MIMO-SAR成像技木，并分析了對陣列欠采樣數(shù)據(jù)的處理技木。針對直線MIMO觀測角度受限的問題，第3章研究了弧線MIMO-SAR成像技木，并給出了相應(yīng)的波數(shù)域成像算法。然而，與直線陣列相比，弧線MIMO-SAR的加工難度更大，因此，第4章研究了折線MIMO-SAR成像技木。折線MIMO-SAR結(jié)合了直線與弧線陣列的優(yōu)勢，在保證為被檢人員提供大角度觀測的同時(shí)，其加工難度與直線陣列保持相同。在上述關(guān)于MIMO-SAR體制成像研究的基礎(chǔ)上，第5、6章討論了全電掃描MIMO成像技術(shù)。其中，第5章分析了平面MIMO陣列成像技木，并探討了一種改進(jìn)的距離徙動(dòng)成像算法，消除了經(jīng)典算法中的高維運(yùn)算。第6章研究了具有柱面孔徑的MIMO陣列成像技術(shù)，并給出了兩種相應(yīng)的成像方法。第7章討論了稀疏MIMO陣列設(shè)計(jì)的問題，給出了一種基于凸優(yōu)化的陣列綜合設(shè)計(jì)方法。本書的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“近場稀疏MIMO面陣三維毫米波成像技術(shù)研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號：61771049）的資助，以及毫米波與太赫茲技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的平臺支撐。本書的撰寫和出版得到了“十四五“國家重點(diǎn)出版物出版專項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目“復(fù)雜電子信息系統(tǒng)基咄理論與前沿技木叢書”的資助。研究生黃一心協(xié)助對本書文稿進(jìn)行了校對，作者在此表示由衷的感謝。本書大部分內(nèi)容是作者近年來在毫未歧成像領(lǐng)域研究工作的總結(jié)，部分內(nèi)容還在不斷完善與發(fā)展之中。考慮到作者水平有限，書中必定存在不足之處，懇請讀者批評指正。

　　李世勇，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師。于2002年獲得山東大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2008年獲得北京理工大學(xué)電磁場與微波技術(shù)專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位。2008至2009年在北京經(jīng)緯恒潤科技有限公司工作，2009至2010年在北京大學(xué)做博士后研究。2010年底至今，在北京理工大學(xué)工作。2017至2018年在美國Villanova大學(xué)做訪問學(xué)者。目前擔(dān)任毫米波與太赫茲技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、IEEE高級會員。主要從事毫米波與太赫茲成像技術(shù)、目標(biāo)特性測試技術(shù)、及雷達(dá)感知技術(shù)等研究。主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，主持及參與其他科研項(xiàng)目10余項(xiàng)；獲得授權(quán)國家發(fā)明專利10余項(xiàng)；以第一/通信作者發(fā)表SCI論文30余篇。