[發明專利]一種太赫茲時域光譜目標三維散射成像測量方法

有效

• 申請號: 202010333423.0
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111504953B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 武亞君;徐秀麗;霍熠煒;都妍;張潤俊
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;張靜潔

1.一種太赫茲時域光譜目標三維散射成像測量方法，其特征在于，包括以下過程：

步驟1對太赫茲時域光譜目標電磁散射特性測量系統進行配置，太赫茲發射波束經過準直擴束輻射出高斯波束，目標置于高斯波束的腰斑處，并且滿足全照射條件，采用二維轉臺支撐、旋轉目標；

所述測量系統需要達到的時間掃描長度根據目標尺寸確定；

根據采樣定理，所述測量系統的時間掃描長度T、時域波形采樣時間間隔ΔT、時域波形采樣點數M、頻率分辨率Δf設計如下：

其中，C為光速，D為被測目標最大尺寸，f_max為太赫茲時域光譜目標電磁散射測量系統最高工作頻率；

步驟2設計太赫茲時域光譜目標三維散射成像測量參數，包含目標旋轉所需的方位角和俯仰角旋轉角度范圍，方位角和俯仰角采樣間隔，以及時域光譜掃描時間；

所述方位角旋轉角度范圍θ和俯仰角旋轉角度范圍分別根據目標方位向和俯仰向分辨率選取；

通過與目標方位向分辨率δ_x、目標橫向長度D_x關系公式，計算方位角采樣間隔δ_θ：

δ_θ≤λ/2D_x?(5-2)

其中，λ表示太赫茲波波長，θ為目標方位角旋轉角度范圍，公式(5-1)中λ根據系統可測最小頻率或成像最小頻率進行計算；公式(5-2)中λ根據系統可測最大頻率或成像最大頻率進行計算；

通過與目標俯仰向分辨率δ_z、目標高度向尺度D_z關系公式，計算俯仰角采樣間隔：

≤λ/2D_z?(6-2)

其中，λ表示太赫茲波波長，為目標俯仰角旋轉角度范圍，公式(6-1)中λ根據系統可測最小頻率或成像最小頻率進行計算；公式(6-2)中λ根據系統可測最大頻率或成像最大頻率進行計算；

目標方位角采樣次數如公式(5-3)所示：

D_θ＝θ/δ_θ?(5-3)

目標俯仰角采樣次數如公式(6-3)所示：

?(6-3)

寬帶信號掃頻帶寬與目標距離向分辨率之間關系如公式(7)所示：

式中，δ_y表示目標散射中心距離向分辨率；B表示選取的太赫茲成像帶寬；

步驟3目標在設定方位角和俯仰角旋轉角度范圍內，分別進行等間隔步進或勻速慢速旋轉運動，每旋轉設定的方位角或俯仰角角度間隔，對目標進行一次時域光譜掃描測量，直到完成設定方位、俯仰角度范圍的測試，獲取并保存目標時域三維成像測試數據；

根據步驟2中設計的方位角旋轉角度范圍θ，及方位角采樣間隔完成相應的目標時域光譜掃描測量和目標實際旋轉方位角度信息的采集、保存，記錄每個方位角的時域掃描數據，保存相應目標方位角旋轉角度范圍θ內的位置信息；

將目標轉回初始位置，根據步驟2中設計的俯仰角旋轉角度范圍，及俯仰角采樣間隔完成相應的目標時域光譜掃描測量和目標實際旋轉俯仰角度信息的采集、保存，記錄每個俯仰角的時域掃描數據，保存相應目標俯仰角旋轉角度范圍內的位置信息；

采用與目標測量完全相同的參數設置對RCS值已知的金屬球進行時域掃描測量，測試獲取金屬球的回波信號；

步驟4對太赫茲時域光譜目標三維成像測試數據進行時頻轉換、濾波處理，獲取目標超寬帶頻域成像數據；

采用相對定標方法，對目標的三維掃描成像數據進行幅度相位定標，獲取目標矢量RCS：

式中，V_T(,θ,t)為目標三維時域散射成像測試回波信號；V_C(t)為金屬球測量最大反射處時域回波信號；t為掃描時間；為目標在俯仰角為、方位角為θ、角頻率為k時的RCS值；為金屬球在角頻率為k時的RCS理論值；

步驟5選取最優頻率及角度范圍內的頻域成像數據，采用頻域成像處理方法，實現目標三維太赫茲圖像重建；

根據目標實際旋轉角度信息擬合各散射中心實際運動軌跡，對目標旋轉引入的距離徙動進行校正，實現太赫茲波段目標高分辨散射成像，獲取目標三維散射分布圖像；太赫茲時域光譜三維散射成像處理公式為：

式中，為被測目標在俯仰角為、方位角為θ、波數為k時的RCS值；k為頻率為f時對應的波數、k_B為選取頻率帶寬對應的波數，k＝2πf/C，k_B＝2π(f_max-f_min)/C；l_s表示目標各散射中心運動軌跡；P(l_s)是表示目標一維距離像；θ_min表示三維散射成像測量中目標起始方位角；θ_max表示三維散射成像測量中目標終止方位角；_min表示三維散射成像測量中目標起始俯仰角；_max表示三維散射成像測量中目標終止俯仰角；為坐標位置為(x,y,z)目標散射中心對應的散射矢量，x為散射點徑向距離坐標值、y為散射點方位向距離坐標值、z為散射點高程向距離坐標值。

2.如權利要求1所述太赫茲時域光譜目標三維散射成像測量方法，其特征在于，步驟1中，

太赫茲時域光譜目標電磁散射特性測量系統為單站或雙站，所述測量系統采用大口徑離軸拋物面鏡對太赫茲發射波進行準直擴束，太赫茲發射波束滿足全照射目標條件；接收光路同樣采用大口徑離軸拋物面鏡對目標太赫茲回波信號進行有效收集，并將目標太赫茲回波信號聚焦到太赫茲探測器上；

所述二維轉臺具備二維旋轉角度反饋單元，能夠進行閉環控制，獲取目標位置信息。