專利名稱：基于柱面幾何的三維微波成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波成像技術(shù)領(lǐng)域，是基于柱面幾何的三維微波成像方法。
技術(shù)背景
360°柱面掃描幾何的微波成像可對目標進行全方位觀測，并能實現(xiàn)對目標的高分辨率三維成像。結(jié)合微波特有的穿透特性，基于柱面掃描幾何的微波手段非常適合應(yīng)用于近距隱藏目標的成像和檢測，例如目標表面三維成像、無損檢測和目標散射特性診斷寸。
相應(yīng)的，基于該掃描幾何的微波成像方法被陸續(xù)提出。M. Soumeld1提出了一種基于斜平面Green函數(shù)Rmrier分解的三維波數(shù)域方法(參考M. Soumekh, "Reconnaissance with Slant plane Circular SAR Imaging,，，IEEE Trans. Image Processing, vol. 5，no. 8，pp. 1252-1265, Aug. 1996.),由于該方法在波數(shù)域?qū)δ繕诉M行批量操作，因此有很高的效率，缺點是操作復(fù)雜，且方法中的近似影響了圖像的聚焦質(zhì)量。J. F. Lopez-Sanchez 等人提出的方法(參考:Fortuny J.，Lopez-Sanchez J. Μ.， Extension of the 3-D range migration algorithm to cylindrical and spherical scanning geometries， “ IEEETrans. on Antennas and Propagation，Vol. 49，No. 10， PP. 1434-1444，2001.)，首先通過波方程分解將柱面掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為平面掃描數(shù)據(jù)，然后用 3DRang Migration Algorithm(RMA)對平面掃描數(shù)據(jù)進行3D成像。該方法運算效率較高， 但只能用于小角度的柱面掃描幾何。這兩種方法都是在Cartesian坐標系下對目標進行三維重建的。
上面提到的成像方法雖然運算效率都比較高，都存在近似，且都需要復(fù)雜的插值操作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種基于柱面幾何的三維微波成像方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中缺陷，在圓柱坐標系下對觀測目標進行三維重建，實現(xiàn)了全孔徑(360° )的快速精確成像， 并且不需要插值操作。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
—種基于柱面幾何的三維微波成像方法，其包括步驟如下
步驟Sl 根據(jù)發(fā)射信號的形式將原始回波變換至距離壓縮域。如果發(fā)射信號是線性調(diào)頻信號(Chirp信號)，對獲得的回波信號進行距離向壓縮，獲得信號S1 (r，Φ ‘ ,ζ')， 其中，r為距離空間域，Φ' e
步驟S2:對步驟Sl所得的結(jié)果S1 (r，Φ ‘ ,ζ')進行波傳播損耗補償，獲得信號 S2(r, Φ ‘，ζ')；
步驟S3:對步驟S2所得的結(jié)果も(r，(K , z')作距離向傅里葉變換(FFT)，獲 得信號&(Ku，ct ‘，z')，其中Ku = Z3IfA:為波數(shù)，f為信號的發(fā)射頻率，c為光速；步驟S4:對步驟S3所得的結(jié)果も(Ku，小'，z')作高度向傅里葉變換，獲得信號 S4 (Ku, (t'，Kz)，其中，Kz為高度向波數(shù)；步驟S5:對步驟S4所得的結(jié)果、(KU，ct'，Kz)作方位向傅里葉變換，獲得信號 ^(Ku，KpKz),其中，K41為方位向波數(shù)；步驟S6 對步驟S5所得的結(jié)果^(Ku，K,, Kz)與聚焦函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于柱面幾何的三維微波成像方法，其特征在于，包括步驟如下步驟Sl 根據(jù)發(fā)射信號的形式將原始回波變換至距離壓縮域，如果發(fā)射信號是線性調(diào)頻信號，對獲得的回波信號進行距離向壓縮，獲得信號S1 (r，Φ ‘，Z')，其中，r為距離空間域，φ' e WJ3O為天線位置方位角，φ'方向定義為方位向，ζ'為天線位置高度，ζ' 方向定義為高度向；如果發(fā)射信號為步進頻連續(xù)波信號，對獲得的回波信號作距離向逆傅里葉變換，獲得信號S1 (r，Φ'，ζ')；步驟S2:對步驟Sl所得的結(jié)果S1O^cK，ζ')進行波傳播損耗補償，獲得信號&(r， Φ' ,ζ')；步驟S3:對步驟S2所得的結(jié)果&(Γ，Φ'，ζ')作距離向傅里葉變換，獲得信號&(Κω， Φ'，ζ')，其中Κω為波數(shù)，f為信號的發(fā)射頻率，c為光速；步驟S4:對步驟S3所得的結(jié)果&(Κω，Φ ‘ , ζ')作高度向傅里葉變換，獲得信號 S4(KW, Φ'，Kz)，其中，Kz為高度向波數(shù)；步驟S5 對步驟S4所得的結(jié)果、(Κω，Φ ‘，Kz)作方位向傅里葉變換，獲得信號&(Κω， KpKz),其中，K41為方位向波數(shù)；步驟S6 :對步驟S5所得的結(jié)果&(Κω，Κφ, Kz)與聚焦函數(shù)圪(UiiJz) = G^(UiiJz)Im相乘，獲得信號&(KwKpKz)，其中，符號*表示共軛， Pn = ηΔ ρ 為給定的成像圓柱面半徑，η = 0，1，2，. .，(Ν-1)，Δ ρ = c/2B, Λ^ = [ρ'/Δρ], ^ρ'/Δρ」表示取ρ ' /Λ ρ的整數(shù)部分；步驟S7:對步驟S6所得的結(jié)果&(K^K41, Kz)沿1( 積分，獲得信號S7(K1^Kz)； 步驟S8 對步驟S7所得的結(jié)果&(%，Kz)作方位向和高度向的二維逆傅里葉變換，獲得半徑為PnW圓柱面上的重建圖像/(ρ ,也ζ):
2.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟Sl中的信號S1(r， Φ' ,ζ')，如果發(fā)射信號是線性調(diào)頻信號，其表達式為
3.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S2中的信號
4.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S3中的信號
5.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S4中的信號\(Κω， Φ'，Kz)，表達式為
6.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S5中的信號&(Κω， KpKz),表達式為
7.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S6中的信號
8.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S7中的信號\(Κω， KpKz),表達式為
9.如權(quán)利要求8所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述聚焦函數(shù)H2(Κω，Κφ,Kz) 的構(gòu)造方法采用數(shù)值方法，具體操作為首先對給定的成像圓柱面半徑Pz，生成信號
10.如權(quán)利要求1所述的三維微波成像方法，其特征在于，所述步驟S9包括步驟 步驟S91 判斷η < Ν-1，是，則返回步驟S6，否，則進入步驟S92 ；步驟S92 進入步驟SlO。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于柱面幾何的三維微波成像方法，涉及微波成像技術(shù)，該方法通過設(shè)計各成像圓柱面對應(yīng)的聚焦函數(shù)，依次完成不同圓柱面上的二維成像，最后實現(xiàn)整個目標區(qū)域的三維成像。本發(fā)明方法的處理過程沒有近似，并且主要操作在高度波數(shù)域和方位波數(shù)域內(nèi)進行，無需在三維波數(shù)域進行插值，因此可實現(xiàn)精確、高效的三維成像。
文檔編號G01S13/89GK102540183SQ20101058788
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者吳一戎, 林贇, 洪文, 王彥平, 譚維賢 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所