[發明專利]一種SAR與介電反演結合的成像方法

有效

• 申請號: 201810772092.3
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109031292B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 杜劉革;張誠;趙佳;王作佳;孔祥鵬;遲杰文
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種SAR與介電反演結合的成像方法，具體步驟包括：(1)利用微波毫米波成像系統獲得待成像區域Φ的散射數據矩陣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算待測目標像，獲得成像結果；(3)以步驟(2)中成像結果為先驗信息，求解矩陣問題；本發明將兩個類型的成像方法結合，充分利用SAR成像方法計算速度快，介電反演成像分辨率高的優點，可以在較少的計算消耗情況下，提升成像精度。

技術領域

本發明涉及一種SAR與介電反演結合的成像方法，屬于雷達信號處理技術領域。

背景技術

對待測目標區域進行微波毫米波至太赫茲成像，可用來表征目標不同位置對電磁波散射能力的強弱，成像技術源自合成孔徑雷達(SAR)對地表的觀測，之后在武器裝備的隱身性能評估方面廣泛應用，另外由于微波能夠穿透地表、物體及人體表面以及非金屬遮蔽物，近年來已經在無損檢測，醫學檢驗，穿墻及探地雷達，人體安檢等諸多領域受到研究者持續關注。

在檢測成像領域，分辨率提升以及成像實時性這兩方面的問題一直備受關注。在成像中分辨率是極為重要的指標，傳統的SAR成像方法的縱向分辨率與帶寬相關，橫向分辨率與工作頻率及等效孔徑相關，提升檢測頻段(相對帶寬不變的情況下絕對帶寬隨之提升)可有效提升分辨率，隨著毫米波及太赫茲技術的發展，太赫茲無損檢測以及毫米波安檢成像得到廣泛研究。在成像速度方面，為避免SAR成像過程中需要利用機械設備進行長時間空間掃描的問題，以便實現實時檢測成像，基于多探頭多站散射測試的單輸入多輸出(Single-Input Multiple-Output，SIMO)以及多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)成像技術也受到廣泛關注，以空間電子掃描代替機械掃描，大幅提高數據采集速度。

由于傳統SAR成像算法如后向投影(Back Projection,BP)、基爾霍夫偏移(Kirchhoff Migration)或距離偏移(Range Migration)均采用了一定程度的遠場傳播近似，且不考慮待測區域多目標之間或復雜目標自身的互耦影響，并非全波算法，同太赫茲透鏡聚焦成像一樣均受到衍射極限的限制，分辨率很難突破λ/2(λ為工作波長)。利用待測目標對電磁波散射信息的反演計算進行材料空間電磁特性分布重構的方法，不僅可以直觀地展現待測目標的結構像(即因目標輪廓以及內部結構變化對電磁波的透射反射情況的表現)，又更進一步利用全波算法量化地得到空間格點(λ/10)的介電常數及磁導率分布，實現高分辨成像并直接揭示目標的電磁特性，而傳統成像方法僅能給出較低分辨率的強弱對比圖像，所以介電特性反演可以實現更為精準的成像。

但是，介電反演方法這類已知量少未知量多的反演或稱逆散射問題存在非線性和病態型兩個主要問題，解決方法主要是線性化近似結合迭代法處理非線性問題，并利用正則化技術抑制病態特性，而重構過程中的正向算法有頻域(包括有限元法，矩量法等)及時域(包括時域有限差分及時域有限積分)算法，分別利用單頻及寬帶信號進行電磁計算。

在介電反演計算中有效的先驗信息可以很大程度上解決非線性問題，提升反演速度，如文獻[1]([1]胡永忠，微波陣列天線成像處理中干擾抑制及快速成像方法的研究，博士學位論文,成都:電子科技大學,2010.)中提及的粗細網格二次成像方法，利用粗網格進行迭代成像獲得介電特性分布的基本信息，然后再以粗網格成像結果為基礎局部細化網格實現精細成像；文獻[1]、文獻[2]([2]A.H.Golnabi,P.M.Meaney,and K.D.Paulsen,Tomographic Microwave Imaging With Incorporated Prior Spatial Information,IEEE Transactions on Microwave TheoryTechniques,vol.61,no.5,pp.2129-2136,2013.)中提出了利用X射線成像或核磁共振成像(MRI)結果作為介電反演的先驗信息，提升了迭代反演的速度和精度。