[發明專利]傳感器陣列成像設備

有效

• 申請號: 201880064253.1
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN111183369B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·弗洛伊德·巴恩斯;斯坎達·普拉薩德·龐塔普爾·納根德拉
• 申請（專利權）人: 喬治亞技術研究公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S15/02;G01S17/89;G01S17/894;G01S17/02;G01S13/89;G01S13/28
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅

本發明提供一種產生感測圖像的系統。該系統包括傳感器陣列、圖像顯示設備和處理器，該處理器生成表示擴展視場的內容的圖像。處理器從傳感器陣列接收傳感器元件數據，執行零填充和離散傅里葉變換，以產生傳感器波數數據緩沖區。處理器確定參考點位置，并生成參考菲涅耳場。處理器基于參考菲涅耳場獲得逆向惠更斯?菲涅耳傳輸數據緩沖區。處理器將傳感器波數緩沖區的每個數據元素與逆向惠更斯?菲涅耳傳輸數據緩沖區的每個對應數據元素相乘。處理器基于乘積生成直線頻譜數據緩沖區。處理器執行斯托爾特映射以及均勻重采樣來獲取圖像數據。

交叉引用

本申請要求于2017年8月9日提交的美國臨時專利申請號為62/543,128的權益，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及一種系統，該系統包括用于獲取數據的傳感器陣列以及用于處理數據以在感測到的視場內創建場景內容的一維、二維或三維圖像的裝置。特別地，本發明涉及在保持傳感器陣列靜止或運動的情況下在可能接近或遠離傳感器陣列的視場中形成場景和物體的感測圖像。

背景技術

傳感器陣列在信號的發射和接收方面的實用性已經得到了證明。在發射時，通常可以使用陣列在傳感器陣列的遠場中形成“波束”，以將發射的信號能量集中在關注的區域中，從而創建“視場”。在接收時，傳統上已使用傳感器陣列形成一個或多個偏轉波束，以估計從遠場內的散射體反射的信號的到達角。“散射體”是視場內能夠將發射的信號能量反射回傳感器陣列的一個點。傳感器陣列已用于通過將偏轉的透射波束掃過所關注區域并搜索來自視場內散射體的回波來搜索遠程物體的存在。傳統上，傳感器陣列需要通常由陣列模擬信號處理電路提供的用于波束形成的裝置和用于波束偏轉的裝置。在操作上，傳感器陣列通常需要一系列偏轉波束，每一波束都需要發射一個或多個脈沖，以跨越被搜索的視場。基于波束的傳感器陣列遠程環境的搜索在掃描搜索量所需的時間資源上可能過于昂貴，以及在多個掃描波束發射期間必須消耗的功率資源量上可能過于昂貴。此外，由于常規處理方法的局限性，傳統的陣列傳感的光束形成僅在物理上在陣列的“遠場”中可能實現，其中“遠場”的概念通常表示一離陣列足夠遠的距離，即，該陣列發射的電磁波或聲波波前在距離向(down-range)視場附近幾乎是平面的。傳統的所謂“夫瑯禾費平面波波束形成(Fraunhofer plane-wave beamforming)”的這種遠場限制是用于形成波束的過程所固有的。傳統的平面波處理會產生僅存在于遠場距離處的夫瑯禾費平面波的發射和接收。

需要一種處理傳感器陣列數據的裝置和方法，其在傳統的傳感器陣列的近場中提供散射體定位，并且還在傳統遠場中提供增強的散射體定位。基于成像的傳感器陣列數據處理方法，而不是波束形成和波束偏轉方法，將滿足這種需求。基于成像的方法將提供傳感器陣列視場內容的圖像，其中視場圖像內的像素強度和像素位置值將指示該視場內反射散射體的位置(范圍和角度)和強度。

需要將基于波束的搜索過程替換為基于圖像的搜索過程。能夠從傳感器陣列產生圖像的數據處理方法將提供有關單個散射體在正在成像視場內的確切性質(位置/強度)的更多信息。傳統的基于波束的搜索方法僅能夠在有限大小的視場內標識散射體的范圍和相當粗略的位置角度。

此外，需要一種裝置，該裝置利用從固定傳感器陣列發射單個發射脈沖來更快地搜索一擴展的視場體積(即大于單個夫瑯禾費平面波波束寬度的視場)。這種需求需要用陣列傳感來代替立體搜索的掃頻波束或偏轉的到達角估計方法。如果可以通過使用從單個發射脈沖接收到的回波來處理陣列的數據以形成擴展的視場的內容圖像，則可以實現用于擴展立體搜索的單脈沖方法。如果單脈沖成像方法支持的視場大于傳統的基于掃頻波束的搜索方法的波束寬度，則可以提高搜索速度。