[發(fā)明專利]一種SAR與介電反演結(jié)合的成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810772092.3
• 申請(qǐng)日: 2018-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN109031292B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜劉革;張誠(chéng);趙佳;王作佳;孔祥鵬;遲杰文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

1.一種SAR與介電反演結(jié)合的成像方法，其特征在于，應(yīng)用于微波毫米波成像系統(tǒng)，所述微波毫米波成像系統(tǒng)包括圍繞待成像區(qū)域Φ的若干發(fā)射天線及若干接收天線，設(shè)定所述待成像區(qū)域的介電常數(shù)為ε(r)，所述待成像區(qū)域的電導(dǎo)率為σ(r)，所述待成像區(qū)域的自由空間為ε^b，所述待成像區(qū)域的背景介質(zhì)為σ^b，具體步驟包括：

(1)利用微波毫米波成像系統(tǒng)獲得待成像區(qū)域Φ的散射數(shù)據(jù)矩陣S_meas(T,R,f)；

(2)利用后向投影算法、基爾霍夫偏移算法或距離偏移算法計(jì)算待測(cè)目標(biāo)像，獲得成像結(jié)果；

(3)以步驟(2)中成像結(jié)果為先驗(yàn)信息，采用GNI算法求解如式(Ⅰ)所示的矩陣問題：

式(Ⅰ)中，即為第η步的復(fù)電磁參數(shù)，即與上一步復(fù)電磁參數(shù)的差，Γ^m表示測(cè)量值的幅度，Γ^c表示計(jì)算值的幅度，Φ^m表示測(cè)量值的相位，Φ^c表示計(jì)算值的相位，J為雅克比矩陣，L為正則化矩陣，λ為正則化參數(shù)；是指網(wǎng)格介電參數(shù)初始值；

具體步驟包括：

a、將待成像區(qū)域Φ以步驟(2)中的成像結(jié)果為基礎(chǔ)劃分網(wǎng)格，強(qiáng)散射區(qū)域采用細(xì)網(wǎng)格，其它區(qū)域采用粗網(wǎng)格；

b、以步驟(2)中的成像結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)定各網(wǎng)格介電參數(shù)初始值為強(qiáng)散射區(qū)域?qū)⑵浣殡姵?shù)ε設(shè)置為較大值，其它區(qū)域采用較小值或背景值；

c、利用正向全波算法計(jì)算散射數(shù)據(jù)矩陣S_calc(T,R,f)；

d、根據(jù)S_meas(T,R,f)及S_calc(T,R,f)計(jì)算誤差向量

e、根據(jù)步驟(2)中成像結(jié)果建立正則化矩陣L；如果強(qiáng)散射區(qū)域R_I有N_I個(gè)點(diǎn)，其他區(qū)域R_II有N_II個(gè)點(diǎn)，則正則化矩陣L如式(Ⅱ)所示：

f、根據(jù)S_calc(T,R,f)及正則化矩陣計(jì)算Hessian矩陣；Hessian矩陣即式(Ⅰ)中[J^TJ+λL^TL]，雅克比矩陣J定義如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，M＝T*R，即共M個(gè)通道的數(shù)據(jù)，N為區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，ε₁是第一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的介電常數(shù)，σ_N是第N個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的電導(dǎo)率；

g、求解式(Ⅰ)，得到即△ε，△σ，△ε及△σ分別為介電常數(shù)和電導(dǎo)率的變化值，修正電磁參數(shù)值為△k²(r)＝ω²μ₀△ε(r)-jωμ₀△σ(r)，ω是工作角頻率，μ₀為真空中磁導(dǎo)率；下標(biāo)η是指迭代過程中的第η步；

h、重復(fù)步驟c至步驟g，直到小于某一閾值A(chǔ)，A的取值范圍為至

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR與介電反演結(jié)合的成像方法，其特征在于，所述步驟(1)中，利用微波毫米波成像系統(tǒng)獲得待成像區(qū)域Φ的散射數(shù)據(jù)矩陣S_meas(T,R,f)，設(shè)定發(fā)射天線為T個(gè)，接收天線為R個(gè)，1≤t≤T，1≤r≤R，t表示任一發(fā)射天線，r表示任一接收天線，具體包括：發(fā)射天線1發(fā)射一組頻域信號(hào)，R個(gè)接收天線分別接收信號(hào)，得到散射數(shù)據(jù)S_meas(1,R,f)，切換到發(fā)射天線2，同樣R個(gè)接收天線分別接收信號(hào)，得到S_meas(2,R,f)，依次切換發(fā)射天線，并利用R個(gè)接收天線接收信號(hào)，得到散射數(shù)據(jù)S_meas(T,R,f)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR與介電反演結(jié)合的成像方法，其特征在于，所述步驟(2)中，通過后向投影算法計(jì)算待測(cè)目標(biāo)像，具體步驟包括：

A、劃分待成像區(qū)域Φ；是指：將待成像區(qū)域Φ均劃分為K*L個(gè)正方形網(wǎng)格，所述正方形網(wǎng)格的邊長(zhǎng)小于λ1/2，K是指待成像區(qū)域Φ的橫向像素點(diǎn)總數(shù)，L是指待成像區(qū)域Φ縱向像素點(diǎn)的總數(shù)；

B、對(duì)步驟(1)得到的散射數(shù)據(jù)矩陣S_meas(T,R,f)進(jìn)行一維距離向傅立葉逆變換；

C、選擇像素點(diǎn)(k1,l1)，正方形網(wǎng)格的總數(shù)目為K*L，像素點(diǎn)即為其索引值，即k1取值范圍為[1,K]，l1取值范圍為[1,L]，從(1，1)個(gè)像素點(diǎn)開始計(jì)算；

D、選取測(cè)量通道(t,r)；測(cè)量通道共T*R個(gè)，(t,r)即為測(cè)量通道的索引值，t的取值范圍為[1,T]，r取值范圍為[1,R]，從(1，1)通道進(jìn)行計(jì)算；

E、確定像素點(diǎn)與收發(fā)陣元間時(shí)延；

F、根據(jù)時(shí)延將散射數(shù)據(jù)矩陣S_meas(T,R,f)投影至該像素點(diǎn)；

G、根據(jù)測(cè)量頻率進(jìn)行相位修正；

H、疊加各測(cè)量通道的投影值；

I、判斷是否完成所有測(cè)量通道投影，如果是，則跳至步驟K，否則，進(jìn)入步驟J；

J、切換測(cè)量通道至(t,r+1)或(t+1,r)，重復(fù)步驟E至步驟H；

K、判斷是否遍歷了整個(gè)待成像區(qū)域Φ，是，則跳至步驟M，否則，進(jìn)入步驟L；

L、改變像素點(diǎn)位置至(k+1,l)或(k,l+1)，重復(fù)步驟E至步驟K；

M、輸出成像結(jié)果。