强稀疏低副瓣近场聚焦稀疏阵列三维成像

来源：电子与信息学报杂志2024年第12期北京时间：

作者：杨磊, 宋昊, 申瑞阳, 陈英杰, 胡仲伟, 霍鑫, 邢孟道

单位：1.中国民航大学电子信息与自动化学院 天津 3003002.西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室 西安 710071

摘要：在主动式电扫描毫米波安检成像中，均匀阵列天线存在成本受限以及复杂度高等瓶颈问题，难以在实际工程中大规模运用。由此，该文提出一种强稀疏低副瓣的近场聚焦稀疏阵列设计方法，并进一步利用改进3维时域成像算法实现高精度3维重建。首先，以近场聚焦位置以及峰值旁瓣电平为约束，以权向量的\begin{document}$ {\ell _p} $\end{document}(0<p<1)范数正则化为目标函数，构建近场聚焦稀疏阵列天线优化模型。然后，通过引入辅助变量，建立旁瓣及聚焦位置约束与辅助变量间的等价代换模型，解决阵列权向量目标函数与复杂约束耦合带来的求解难题，通过等价代换思想对模型化简并求解。接着，采用复数求导结合启发式近似方法对阵列激励以及位置进行优化选择。最后，利用交替方向多乘子法(ADMM)实现聚焦位置、峰值旁瓣约束以及阵列激励协同求解，通过改进3维时域成像算法实现稀疏阵列3维成像。仿真模拟实验结果显示，该方法可以在满足阵列天线辐射特性以及近场聚焦条件下，以更少的阵元数目获得更低的旁瓣电平。此外，采用实测数据验证稀疏阵列改进3维时域成像算法高精度、高效率的优势。

关键词：近场成像, 稀疏阵列, 3维成像, 交替方向多乘子法

基金资助：国家自然科学基金(62271487)