近場MIMO陣列成像

　　毫未波成像包括主動與被動兩種方式，本書主要討論前者。主動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散射系數的三維高分辨空間分布，巳被廣泛應用于遙感遙測、目標特性測試、無損檢測、自動駕駛及生物醫(yī)學檢測等領域。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用前景。綜合考慮成本與時間因素，毫米波成像所需的天線孔徑通常由一維天線陣列結合機械掃描形成。天線陣列可以設計為單站形式或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據，從而形成多于實際天線單元的等效相位中心。相比單站形式，MIMO進一步減少了系統(tǒng)成本，因而促進了全電掃描成像系統(tǒng)的開發(fā)與應用。此外，MIMO陣列成像還可以減少圖像中的鬼影現象，近年來獲得了廣泛關壓與研究。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：目標位于天線單元的遠區(qū)，但二者之間的距離小于2D2／入，其中，D為目標的最大橫向尺寸，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散射系數之間的常用函數關系。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據的處理技木。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，并給出了相應的波數域成像算法。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，其加工難度與直線陣列保持相同。在上述關于MIMO-SAR體制成像研究的基礎上，第5、6章討論了全電掃描MIMO成像技術。其中，第5章分析了平面MIMO陣列成像技木，并探討了一種改進的距離徙動成像算法，消除了經典算法中的高維運算。第6章研究了具有柱面孔徑的MIMO陣列成像技術，并給出了兩種相應的成像方法。第7章討論了稀疏MIMO陣列設計的問題，給出了一種基于凸優(yōu)化的陣列綜合設計方法。本書的研究工作得到了國家自然科學基金項目“近場稀疏MIMO面陣三維毫米波成像技術研究”（項目批準號：61771049）的資助，以及毫米波與太赫茲技術北京市重點實驗室提供的平臺支撐。本書的撰寫和出版得到了“十四五“國家重點出版物出版專項規(guī)劃項目“復雜電子信息系統(tǒng)基咄理論與前沿技木叢書”的資助。研究生黃一心協(xié)助對本書文稿進行了校對，作者在此表示由衷的感謝。本書大部分內容是作者近年來在毫未歧成像領域研究工作的總結，部分內容還在不斷完善與發(fā)展之中?？紤]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，北京理工大學集成電路與電子學院副教授，博士生導師。于2002年獲得山東大學電子信息科學與技術專業(yè)工學學士學位，2008年獲得北京理工大學電磁場與微波技術專業(yè)工學博士學位。2008至2009年在北京經緯恒潤科技有限公司工作，2009至2010年在北京大學做博士后研究。2010年底至今，在北京理工大學工作。2017至2018年在美國Villanova大學做訪問學者。目前擔任毫米波與太赫茲技術北京市重點實驗室副主任、IEEE高級會員。主要從事毫米波與太赫茲成像技術、目標特性測試技術、及雷達感知技術等研究。主持國家自然科學基金項目2項，主持及參與其他科研項目10余項；獲得授權國家發(fā)明專利10余項；以第一/通信作者發(fā)表SCI論文30余篇。