[發(fā)明專利]一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810068681.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108427114B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王忠民;常天英;崔洪亮;郭企嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01V8/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

1.一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像方法，其特征在于，包括：將天線陣列中某一個接收天線接收到的后向散射數(shù)據(jù)等效為計算光場傳播過程的角譜公式的形式，憑借角譜公式內(nèi)含的傅里葉變換和逆變換運算，重建目標物的三維圖像；

步驟1：后向散射數(shù)據(jù)的橫向二維傅里葉變換

對后向散射數(shù)據(jù)s(x₀,y₀,k)做共軛處理后進行橫向二維傅里葉變換：

其中，S^*(k_x,k_y,k)表示后向散射數(shù)據(jù)s(x₀,y₀,k)的共軛在頻率域的表達式；FT_2D{?}表示橫向二維傅里葉變換操作符；

步驟2：相位補償

將S^*(k_x,k_y,k)與一個相位補償因子相乘，得到：

其中，k_z表示徑向波數(shù)，且

該步驟的作用是把后向散射數(shù)據(jù)的相位換算到目標物區(qū)域與天線陣列沿徑向軸最近距離處(z＝z₀)的相位；

步驟3：插值處理

以上步驟得到的波數(shù)域后向散射數(shù)據(jù)在橫向波數(shù)域是均勻分布的，但是在徑向波數(shù)域是非均勻分布的，為了后續(xù)能夠利用徑向一維傅里葉變換得到徑向空間域的數(shù)據(jù)，需要對公式(8)得到的數(shù)據(jù)進行插值處理：

其中，F(xiàn)(k_x,k_y,k_z)表示目標物反射系數(shù)的波數(shù)域數(shù)據(jù)；Stolt[?]表示對括號內(nèi)的數(shù)據(jù)做插值處理；

步驟4：橫向二維傅里葉逆變換

對目標物反射系數(shù)的波數(shù)域數(shù)據(jù)進行橫向二維傅里葉逆變換，得到：

其中，表示對括號內(nèi)的數(shù)據(jù)進行橫向二維傅里葉逆變換；

步驟5：徑向一維傅里葉變換

對上一個步驟獲得的數(shù)據(jù)進行徑向一維傅里葉變換，得到：

其中，F(xiàn)T{}表示對括號內(nèi)的數(shù)據(jù)進行徑向一維傅里葉變換；

步驟6：校正處理

將上一個步驟獲得的數(shù)據(jù)首先與指數(shù)項相乘，補償目標物在不同徑向距離的頻移；再與常數(shù)項相乘，對衰減損耗進行幅度補償；最后乘以并對結(jié)果取共軛，實現(xiàn)相位校正；最終得到以下表達式：

其中，f_c是每個通道發(fā)射的寬帶信號的中心頻率。

2.一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像裝置，利用如權(quán)利要求1所述的一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像方法實現(xiàn)，其特征在于，

包括：依次連接的控制單元、射頻單元和天線陣列；

所述射頻單元包括倍頻器陣列、功分器陣列、毫米波收發(fā)陣列、電子開關(guān)陣列、正交混頻器陣列和分路器陣列；

所述倍頻器陣列與功分器陣列連接，功分器陣列的輸出一路與毫米波收發(fā)陣列連接，另一路與正交混頻器陣列連接，所述毫米波收發(fā)陣列的輸出與正交混頻器陣列連接，所述正交混頻器陣列與分路器陣列連接；

所述控制單元控制向倍頻器陣列輸出周期性的多頻信號；所述控制單元接收分路器陣列的模擬信號，將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后重建目標物的圖像并顯示。

3.如權(quán)利要求2所述的一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像裝置，其特征在于，

所述控制單元包括中央處理器、多頻信號同步發(fā)生器、多路數(shù)據(jù)采集卡和顯示器；

所述中央處理器通過數(shù)據(jù)傳輸總線與多頻信號同步發(fā)生器、多路數(shù)據(jù)采集卡和顯示器分別連接；所述多頻信號同步發(fā)生器與倍頻器陣列連接，所述多路數(shù)據(jù)采集卡與分路器陣列連接。

4.如權(quán)利要求3所述的一種損耗補償?shù)念l分復用毫米波三維成像裝置，其特征在于，所述多頻信號同步發(fā)生器輸出N個通道的單頻信號給射頻單元，每個通道輸出信號的頻率都不相同且呈等間隔分布；在一個子周期內(nèi)，每個通道輸出信號的頻率不變；在下一個子周期，所有通道輸出信號的頻率實現(xiàn)輪轉(zhuǎn)；經(jīng)過N個子周期，每個通道對N個頻率的信號全部遍歷一遍。