[發明專利]一種雙平面多基十字陣列毫米波波數域快速成像方法

有效

• 申請號: 202011198137.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112305542B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 崔洪亮;王忠民;常天英
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種雙平面多基十字陣列毫米波波數域快速成像方法，屬于毫米波人體成像技術領域，包括：將兩個多基十字陣列對稱放置在安檢通道兩側；計算第一個多基十字陣列獨立工作模式的成像區域反射系數分布；計算第二個多基十字陣列獨立工作模式的成像區域反射系數分布；計算基于第一個多基十字陣列交互工作模式的成像區域反射系數分布；計算基于第二個多基十字陣列交互工作模式的成像區域反射系數分布；將所述的四種成像區域反射系數分布進行疊加，完成雙平面多基十字陣列毫米波成像的圖像重建。本發明解決了毫米波散射回波相位線性化的技術難點，充分發揮了雙平面多基十字陣列的優勢。

技術領域

本發明屬于毫米波人體成像技術領域，涉及一種雙平面多基十字陣列毫米波波數域快速成像方法。

背景技術

毫米波是指頻率在30～300GHz之間的電磁波，波長為毫米量級。毫米波頻段處于微波與太赫茲波之間，頻率比微波高，與太赫茲頻段有一定的交疊。毫米波可以穿透普通衣物、塑料等遮擋材料，不具有電離性，特別適合用于人體安檢。

利用毫米波對被測人體進行成像，是基于毫米波與被測人體相互作用后強度和相位的變化與人體表面狀態相關的原理。毫米波由天線陣列向空間輻射，穿透衣物后，被人體表面或者衣物隱匿的物體反射或者散射。根據返回的毫米波信號的全息數據，即幅度和相位數據，重建出人體體表的圖像。

在毫米波成像技術中，利用散射回波測量數據重建目標物圖像的成像方法，至關重要，屬于核心技術之一。成像方法具體的實現步驟，會受到天線陣列形式的顯著影響。

在毫米波成像技術中，按照系統工作模式可以分為單基天線陣列和多基天線陣列。在單基天線陣列的工作模式中，當天線陣列中的1個發射陣元向空間輻射毫米波時，僅有1個接收陣元接收散射回波，并且通常情況下這一對發射和接收陣元距離很近，可以近似為同一個空間坐標。在多基天線陣列的工作模式中，當天線陣列中的1個發射陣元向空間輻射毫米波時，所有接收陣元同時接收散射回波。

根據天線陣列的幾何排布形狀，多基天線陣列可以進一步分為多種類型，常見的由“十”字形，“口”字形，“U”字形，“I”字形等。多基十字陣列，是指天線陣列的幾何排布形狀為“十”字的多基天線陣列。

在多基十字陣列中，發射陣元和接收陣元正交分布。垂直軸(y軸)為發射(接收)陣元，水平軸(x軸)為接收(發射)陣元。

包括多基十字陣列在內的多基天線陣列，絕大多數是平面陣列，如果被測目標物始終只有一側面對天線陣列，無法獲得目標物的360°重建圖像。為了解決這一問題，提出“雙平面”的多基十字陣列，將兩個完全相同的多基十字陣列，平行放置在成像區域的兩側，利用雙平面各自獨立工作，以及交互工作獲得的測量數據，得到目標物的360°重建圖像。

在毫米波成像技術中，利用散射回波測量數據重建目標物圖像的成像方法，至關重要，屬于核心技術之一。成像方法具體的實現步驟，會受到天線陣列形式的顯著影響。

現有的毫米波成像方法，基本都是借鑒合成孔徑雷達的成像方法，常用的包括后向投影成像方法和距離徙動成像方法。后向投影成像方法借鑒“延時與疊加”思想，數據的處理僅在空間域(時域)進行，最大優勢是不受天線陣列的限制，可以很便捷的應用于包括雙平面多基十字陣列在內的各自成像系統，但是運算量較大，重建圖像時間長，測量效率較低。距離徙動成像方法將散射回波測量數據變換到波數域(頻率域)進行處理，是一種波數域成像方法，與后向投影成像方法相比，運算效率大大提高，重建圖像時間縮短，可以近似實現實時成像，但是具體的實現步驟，對天線陣列的形式非常敏感，針對具體的雙平面多基十字陣列，需要進行修訂。

距離徙動成像方法，又稱波數域(k-ω)成像方法，基于自由空間格林函數和一階波恩(Born)近似，將測量數據變換到波數域(頻率域)進行處理，最大特點是計算效率高，成像質量好。

距離徙動成像方法的步驟主要包括：

(1)傅里葉變換。通過傅里葉變換將測量數據變換到波數域。