稀疏轨迹毫米波雷达三维高分辨成像算法

近年来,由于毫米波雷达具有穿透能力强、体积小巧、探测精度高等特性,因此被广泛应用于安全检测、零件无损探测和医学诊断等领域。然而,由于硬件发射带宽的限制,如何实现超高二维分辨率成为毫米波雷达应用中的挑战之一。采用雷达平台扫描形成二维孔径的方式可以实现高度向和方位向的二维高分辨。然而,在扫描过程中,毫米波雷达在高度维会产生稀疏的轨迹,使得高度向回波采样稀疏,进而降低成像质量。为了解决这一问题,该文提出了一种基于Hankel变换矩阵填充的毫米波雷达高分辨三维成像算法。该方法采用了矩阵填充算法对稀疏采样回波进行了恢复,保证了毫米波雷达在扫描平面的成像精度。该文首先分析了毫米波雷达高度-距离切面的低秩先验特性,为了解决稀疏轨迹采样时,数据整行整列缺失的问题,对回波数据矩阵采用Hankel变换进行重新构造,使得待恢复数据矩阵满足矩阵填充算法应用条件。然后,提出了一种融合低秩与稀疏先验的基于截断的Schatten-p范数的矩阵填充算法,对采样数据矩阵进行恢复,以保证稀疏轨迹毫米波雷达的三维分辨率。最后,通过仿真和多组实测数据,证明了采用该文方法可以在仅使用20%~30%的高度向回波时仍实现目标高分辨三维成像。