[發明專利]一種基于目標多頻空間譜拼接的電磁定量成像方法

在審

• 申請號: 202210396757.1
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114779248A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 孫士龍;代大海;王淼;吳曼青;邢世其;王雪松;張啟雷;金光虎;劉濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 李楊

本發明公開了一種基于目標多頻空間譜拼接的電磁定量成像方法，目的是解決傳統衍射層析方法多頻空間譜混疊導致的成像精度差的問題，實現目標的幾何成像和物理成像，屬于雷達成像領域。本發明先對后向散射回波信號進行空域二維傅里葉變換處理得到譜域信號，然后對譜域信號進行坐標轉化及插值，再分別處理譜域信號的實部和虛部，得到介電參數譜域和電導率譜域，接著對多頻率介電參數譜域和電導率譜域進行去混疊處理，得到目標的多頻拼接介電參數譜域和電導率譜域，降低混疊譜域對目標成像性能的影響，最后得到目標體的幾何成像和物理成像。

技術領域

本發明提出一種基于目標多頻空間譜拼接的電磁定量成像方法，所提成像方法對目標采用多頻率測量得到后向散射場數據，然后在譜域內消除混疊頻譜，最后得到目標的幾何成像和物理成像，屬于雷達成像領域。

背景技術

利用雷達接收到的后向散射回波數據對目標的位置、形狀、大小及電性參數進行反演重建，得到重構區域的介電參數或電導率剖面圖，能夠廣泛應用于排雷工程，土木工程，考古應用，預警識別等。

雷達的測量配置方式分為三種，一是沿著測線進行一維掃描，發射天線沿著固定的間隔沿著測線M次移動，每次移動時接收天線都會在測線方向N測量點接收探測區域的散射回波，獲得M×N道散射數據，即多發多收(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)模式；二是發射天線和接收天線分別以固定間隔沿著測線移動，在M個觀測位置接收天線都會接收探測區域的散射回波，獲得M道散射數據；三是發射天線固定在一個位置向探測區域發射電磁波，接收天線在M個觀測位置接收散射回波，獲得M道散射數據，即單發單收(Single-Input Multiple-Output,SIMO)模式。三種雷達測量配置方式得到的空間譜不同，但都需要先解決空間譜混疊問題。本專利以MIMO雷達探測模式為例，可以獲得方位向和距離向的成像結果，但應用范圍不局限于MIMO雷達探測模式。

雷達成像方法中，逆散射成像是研究熱點。非線性逆散射成像方法能對目標物體進行準確度較高的重建，但在成像過程中，需要進行逐步迭代運算，計算量巨大，不適合工程應用。因此在某些特定條件下運用合理的近似，得到線性逆散射成像方法。線性逆散射成像方法的理論基礎是衍射層析成像。該方法基于傅里葉變換和線性Born近似，以電磁散射理論為基礎，通過分析目標體電磁參數與多角度散射數據在空域-譜域的對應關系，可以獲得目標體的電磁參數信息以及位置、形狀信息。

傳統的衍射層析方法直接將多頻率的目標空間譜疊加，未考慮頻譜混疊問題。由于多頻空間譜內存在混疊區域，經多次積累的混疊譜會干擾定量化電磁成像的結果，即使可以通過合理地設置頻率步進間隔，來減少空間譜混疊對定量化成像準確性地影響，但成像結果仍有誤差，未能從本質上解決問題。為了獲得準確的目標體幾何信息和物理參數，有必要對混疊頻譜進行利用或舍棄，本發明提出了一種基于目標多頻空間譜拼接的電磁定量成像方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是降低多頻空間譜混疊對目標電磁定量成像準確性的影響，以克服現有技術的缺陷。

本發明的方法包括以下技術措施：

一種基于目標多頻空間譜拼接的電磁定量成像方法，包括以下步驟：

獲取后向散射回波信號進行二維傅里葉變換，得到散射場譜域信號；

對散射場譜域信號進行坐標轉化及立方插值處理，得到目標多頻空間頻譜；

處理目標多頻空間頻譜，得到散射場介電參數譜域和散射場電導率譜域；

分別對散射場介電參數譜域和散射場電導率譜域進行去混疊處理，再進行積累拼接處理，得到目標多頻拼接介電參數譜域和目標多頻拼接電導率譜域；

對目標多頻拼接介電參數譜域和目標多頻拼接電導率譜域進行二維逆傅里葉變換，得到目標成像。

所述獲取后向散射回波信號進行二維傅里葉變換，得到散射場譜域信號包括：