[發明專利]一種近程高分辨率探測成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201310077286.9
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103176183A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 王豐貴;楊傳法;楊秀蔚;崔洪亮;成巍;王忠民
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種探測成像方法及裝置，尤其涉及一種近程高分辨率探測成像方法及裝置。背景技術

近程探測成像裝置可用于穿透障礙物的目標跟蹤定位、探地勘察、廢墟搜救、警戒安檢等用途。提高其成像分辨率和成像速度、增大其探測范圍、降低其成本和實現難度，一直是設計中面臨的主要難點問題。裝置的成像分辨率取決于探測信號的有效帶寬，有效帶寬越大，分辨率越高。因此，采用寬帶信號作為探測信號進行成像，可以獲得較高的分辨率。目前，國內外學者提出的實現方案主要有以下幾種方式：

發射信號采用寬帶沖擊脈沖信號，儀器邏輯結構簡單，容易實現小型化設計，但信號瞬時帶寬很大，接收端需采用寬頻帶高速采樣系統對極窄脈沖信號進行AD轉換，實現難度較大、成本較高。

發射信號采用步進頻率信號獲得大的有效帶寬，信號瞬時帶寬較小，接收端無須采用寬帶高速采樣系統，顯著降低了對硬件的要求，但其存在與頻率步進長度Δf成反比的最大無模糊距離，探測范圍受到較大限制。

發射信號采用線性調頻信號，接收端使用相關接收機進行時域脈沖壓縮獲得大的時寬帶寬積，可以解決增大探測距離與提高距離分辨率之間的矛盾，實現對遠程目標如飛機等的精確探測跟蹤，但其接收端硬件系統仍須具有較大的瞬時帶寬，也需要寬頻帶高速采樣系統對信號進行AD轉換。近程成像裝置要求的距離分辨率通常更高，接收端的瞬時帶寬會更大，甚至達幾GHz，若直接采用該方案，實現難度將更大，成本也較高。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種近程高分辨率探測成像方法及裝置，它具有在保證成像分辨率和探測范圍的基礎上，提高其成像速度，降低其實現難度和成本的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種近程高分辨率探測成像裝置，它包括線性調頻源，線性調頻源分別與發射天線陣列和混頻器陣列相連，所述發射天線陣列與接收天線陣列相配合，所述接收天線陣列通過低噪聲放大器陣列與混頻器陣列相連，所述混頻器陣列與多路數據采集模塊相連，所述多路數據采集模塊與信號處理與成像模塊相連。

所述線性調頻源與混頻器間還設有延時單元。

所述發射天線陣列與接收天線陣列采用1發多收的天線陣列。

一種基于近程高分辨率探測成像裝置的探測成像方法，具體步驟為：

步驟一：確定探測區域，傳播介質的介電常數及成像分辨率，線性調頻源輸出兩路調頻信號，一路作為發射信號經發射天線陣列輻射，另一路被作為本振信號輸出至混頻器陣列；

步驟二：確定第i組收發天線對對應相應點的傳播路徑l_i(A)及探測區域每一點相對每組收發天線對的信號傳播時間t_i(A)，將t_i(A)存儲到高速存儲器；

步驟三：接收天線陣列接收探測目標反射的回波信號，輸出至混頻器陣列，與步驟一中所述的本振信號經混頻器陣列混頻得到中頻信號；

步驟四：對混頻器陣列中的每個混頻器輸出的中頻信號處理得到其頻譜，并將第i個混頻器的頻譜記為S_i(Δf)，并根據混頻器輸出中頻信號的頻譜得到目標散射信號的時延譜S_i(Δt)；

步驟五：判斷環境參數和成像分辨率是否發生調整，如果環境參數和成像分辨率發生改變則返回步驟一，如果環境參數和成像分辨率未改變則判斷是否需要對環境背景成像，如果需要對背景成像則執行步驟六，如果需要對目標信號成像則執行步驟七；

步驟六：去除目標信號，保留背景信號，然后計算S_i(Δt)對應的后向散射信號幅度值，計算L個收發天線對的后向散射信號的幅度值，并進行相干疊加得到PBG_total(A)，將其存儲至高速存儲器；

步驟七：提取目標信號，然后計算S_i(Δt)對應的后向散射信號幅度值，計算L個收發天線對的后向散射信號的幅度值，進行相干疊加后得到P_tota(1A)，再與存至高速存儲器的PBG_total(A)疊加后得到最終的探測區域的成像，得到探測目標的位置信息。

所述步驟二的具體步驟為：

（2-1）確定第i組收發天線對對應M*N個點的傳播路徑l_i(A)，探測區域長為M點，寬為N點，收發天線對的數目為L，則需M*N*L組運算，探測區域任意一點A相對于第i組收發天線對的傳播路徑記為l_i(A)；