[發明專利]基于旋轉天線陣列的微波三維成像方法

有效

• 申請號: 201110279283.4
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN103018738A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 洪文;譚維賢;乞耀龍;王彥平;吳一戎
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種基于旋轉天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，包括步驟：

步驟S1：系統初始化，操作員通過計算機初始化系統工作狀態，并確認系統組成部分能夠工作正常，包括初始化信號發射模塊、回波接收模塊、機械掃描模塊、天線陣列模塊、開關陣列模塊、模數轉換模塊、數據處理模塊和顯示模塊，若初始化系統正常，則執行下一步，否則，退出系統；

步驟S2：系統參數設置，操作員通過計算機設置數據采集參數，包括設置信號發射模塊的頻點數和信號持續時間、設置機械掃描模塊的掃描時間和觸發信號發射模塊的次數、設置開關陣列模塊的開關切換時序、數據處理模塊的成像處理參數和顯示模塊的顯示方法；

步驟S3：啟動機械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊進行旋轉，同時，通過開關陣列模塊控制天線陣列模塊發射電磁波信號，并由信號接收模塊接收從觀測目標反射回來的信號；

步驟S4：成像數據采集，啟動微波三維成像系統，通過局域網、串口或無線發送數據采集指令，完成數據采集，并通過局域網或串口將采集到的回波數據傳輸到數據處理模塊；

步驟S5：三維成像處理，將傳輸到數據處理模塊的數據進行三維成像處理，得到觀測目標的三維復圖像數據，并存儲在計算機硬盤上；

步驟S6：圖像處理與顯示，根據設定的顯示方法，顯示模塊對觀測目標的三維復圖像數據進行顯示。

2.根據權利要求1所述的基于旋轉天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S3，是指直線或曲線排布的天線陣列在機械掃描模塊的控制下進行中心軸對稱旋轉，旋轉的角度大于0°，且小于等于360°；中心軸對稱旋轉過程中，天線陣列旋轉經過指定待掃描位置時，機械掃描模塊觸發信號發射模塊，此時開關陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號經由開關陣列模塊和天線陣列中的發射天線陣元發射出去，同時開關陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號經由開關陣列模塊和天線陣列中的接收天線陣元接收觀測目標反射回來的信號，并傳輸至信號接收模塊。

3.根據權利要求1所述的基于旋轉天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S5中，數據處理模塊對回波信號進行成像處理，得到觀測目標的三維復圖像，步驟為：

步驟S5-1：確定待成像區域觀測目標三維復圖像的坐標系及其圖像點數N；

步驟S5-2：

a)如果信號發射模塊產生電磁波信號為調頻脈沖信號，則對回波信號進行斜距向傅里葉變換，再進行斜距向0參考點匹配濾波，獲得信號其中，K_ω＝2πf/c為波數，f為信號的發射頻率，c為光速，為天線采集數據的位置坐標；

b)如果信號發射模塊產生電磁波信號為掃頻連續波信號，回波信號表示為直接進入步驟S5-3；

c)如果信號發射模塊產生電磁波信號為調頻連續波信號，進行距離向逆傅里葉變換，并進行去斜和剩余視頻相位項補償，補償后的信號仍表示為進入步驟S5-3；

步驟S5-3：產生對應于成像區域的第n(n＜N)個坐標點的濾波函數H_ω；

將步驟S5-4的輸出信號與濾波函數H₀相乘，沿K_w積分后，再沿方向疊加，輸出信號

步驟S5-5：重復步驟S5-4，對成像區域的所有坐標點進行成像處理，得到對觀測目標成像后的三維復圖像。

4.根據權利要求2所述的基于旋轉天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S5中，成像處理的步驟是在三維直角坐標系中進行，或在圓柱坐標系中進行，即所得到的三維復圖像位于三維直角坐標系，或位于圓柱坐標系。