一種二維近程微波全息成像方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種二維近程微波全息成像方法，其通過(guò)真實(shí)測(cè)量或模擬方式獲取目標(biāo)散射場(chǎng)和入射場(chǎng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，能夠獲取更為真實(shí)的目標(biāo)散射場(chǎng)和入射場(chǎng)，從而解決了近程毫米波全息成像技術(shù)中假設(shè)入射場(chǎng)為球面波或柱面波的不合理性；求解目標(biāo)圖像中利用超定方程組的最小二乘解作為目標(biāo)函數(shù)的二維傅里葉變換，能夠擴(kuò)大成像目標(biāo)的范圍以及提高目標(biāo)在不同的背景環(huán)境下的成像的清晰度和精準(zhǔn)度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種二維近程微波全息成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波全息成像領(lǐng)域，具體涉及一種二維近程微波全息成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微波全息是一種快速的反演技術(shù)，它由傳統(tǒng)的光全息技術(shù)延伸而來(lái)，主要依靠測(cè) 量目標(biāo)散射場(chǎng)的幅度和相位來(lái)獲得目標(biāo)全息圖，再經(jīng)過(guò)反演得到目標(biāo)微波圖像。目前，微波 全息成像方法主要為近程毫米波全息成像方法，該方法首先使用球面波或柱面波替代入射 場(chǎng)，并通過(guò)設(shè)置于目標(biāo)同一側(cè)的發(fā)射和接收天線(xiàn)，采集目標(biāo)的后向散射數(shù)據(jù)；然后直接對(duì)這 些散射數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉變換，再乘上一個(gè)相位補(bǔ)償項(xiàng)；最后對(duì)補(bǔ)償后的結(jié)果進(jìn)行二維 傅里葉反變換后得出重構(gòu)目標(biāo)。然而上述方法存在如下不足：（1)由于使用球面波或柱面 波代替入射場(chǎng)，這種替代對(duì)于近程成像是不合理的，入射場(chǎng)應(yīng)是確切的數(shù)值形式，所以使得 成像質(zhì)量下降；（2)由于發(fā)射和接收天線(xiàn)一起置于目標(biāo)一側(cè)，所以只能采集到后向散射數(shù) 據(jù)，因而成像質(zhì)量又進(jìn)一步下降；（3)在目標(biāo)重構(gòu)時(shí)使用的散射數(shù)據(jù)和入射場(chǎng)數(shù)據(jù)未經(jīng)有 效處理后直接進(jìn)行傅里葉變換，所得圖像模糊分辨率差；(4)目標(biāo)重構(gòu)時(shí)的成像公式中存 在對(duì)X、y方向波數(shù)的采樣，誤差大，且只使用后向散射數(shù)據(jù)求解目標(biāo)密度函數(shù)，與目標(biāo)密度 函數(shù)的最優(yōu)解相差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有近程微波全息成像方法存在的分辨率低的不 足，提供一種二維近程微波全息成像方法。
[0004] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種二維近程微波全息成像方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1，分別設(shè)定發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的X軸和Y軸的起止位置和掃描路徑；
[0007] 步驟2,將待重構(gòu)的目標(biāo)放置在發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)之間，發(fā)射天線(xiàn)、接收天線(xiàn)和 目標(biāo)組成1個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其中發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)作為二端口；
[0008] 步驟3,按照步驟1的設(shè)定控制發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)對(duì)待重構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行掃描，由 此在每個(gè)掃描位置上獲得4個(gè)S參數(shù)；
[0009] 步驟4,去掉待重構(gòu)的目標(biāo)，并按照步驟1的設(shè)定控制發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)對(duì)目標(biāo) 進(jìn)行掃描，由此在每個(gè)掃描位置上獲得4個(gè)耦合S參數(shù)和4個(gè)對(duì)應(yīng)目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)； [0010] 步驟5,將步驟3所得的目標(biāo)當(dāng)前位置散射數(shù)據(jù)即4個(gè)S參數(shù)分別減去步驟4所得 的4個(gè)耦合S參數(shù)，得到每個(gè)掃描位置的所對(duì)應(yīng)的4個(gè)校準(zhǔn)S參數(shù)；
[0011] 步驟6,將步驟3所得的4個(gè)目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)分別代入散射參數(shù)計(jì)算公式中得 出4個(gè)散射參數(shù)；
[0012] 步驟7,將步驟5所得的4個(gè)校準(zhǔn)S參數(shù)和所對(duì)應(yīng)的步驟6所得4個(gè)散射參數(shù)代入 到目標(biāo)密度參數(shù)計(jì)算公式中，獲得4個(gè)超定方程；
[0013] 步驟8,求解步驟7所得的4個(gè)超定方程所組成的超定方程組的最小二乘解；
[0014] 步驟9,對(duì)步驟8所得的最小二乘解的結(jié)果進(jìn)行二維傅里葉逆變換后獲得目標(biāo)密 度參數(shù)，由此重構(gòu)出目標(biāo)。
[0015] 上述步驟1中，所述發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)均為半波偶極子天線(xiàn)或喇叭天線(xiàn)。
[0016] 上述步驟3中，采用矩形網(wǎng)格劃分方法獲得每個(gè)掃描位置的4個(gè)S參數(shù)，即發(fā)射和 接收天線(xiàn)掃描Χ、γ軸方向的間隔ΛΧ、Ay作為矩形Χ、γ軸方向網(wǎng)格間距，每個(gè)矩形網(wǎng)格對(duì) 應(yīng)即4個(gè)S參數(shù)。同理，步驟4中，也采用矩形網(wǎng)格劃分方法獲得每個(gè)掃描位置的4個(gè)耦合 S參數(shù)，即發(fā)射和接收天線(xiàn)掃描Χ、Υ軸方向的間隔Λ X、Λ y作為矩形Χ、Υ軸方向網(wǎng)格間距， 每個(gè)矩形網(wǎng)格對(duì)應(yīng)4個(gè)耦合S參數(shù)。
[0017] 上述步驟6中，所述散射參數(shù)計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，包括如下步驟： 步驟1，分別設(shè)定發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的X軸和Y軸的起止位置和掃描路徑； 步驟2,將待重構(gòu)的目標(biāo)放置在發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)之間，發(fā)射天線(xiàn)、接收天線(xiàn)和目標(biāo) 組成1個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其中發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)作為二端口； 步驟3,按照步驟1的設(shè)定控制發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)對(duì)待重構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行掃描，由此在 每個(gè)掃描位置上獲得4個(gè)S參數(shù)； 步驟4,去掉待重構(gòu)的目標(biāo)，并按照步驟1的設(shè)定控制發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行 掃描，由此在每個(gè)掃描位置上獲得4個(gè)耦合S參數(shù)和4個(gè)對(duì)應(yīng)目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)； 步驟5,將步驟3所得的目標(biāo)當(dāng)前位置散射數(shù)據(jù)即4個(gè)S參數(shù)分別減去步驟4所得的4 個(gè)耦合S參數(shù)，得到每個(gè)掃描位置的所對(duì)應(yīng)的4個(gè)校準(zhǔn)S參數(shù)； 步驟6,將步驟3所得的4個(gè)目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)分別代入散射參數(shù)計(jì)算公式中得出4 個(gè)散射參數(shù)； 步驟7,將步驟5所得的4個(gè)校準(zhǔn)S參數(shù)和所對(duì)應(yīng)的步驟6所得4個(gè)散射參數(shù)代入到目 標(biāo)密度參數(shù)計(jì)算公式中，獲得4個(gè)超定方程； 步驟8,求解步驟7所得的4個(gè)超定方程所組成的超定方程組的最小二乘解； 步驟9,對(duì)步驟8所得的最小二乘解的結(jié)果進(jìn)行二維傅里葉逆變換后獲得目標(biāo)密度參 數(shù)，由此重構(gòu)出目標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，步驟1中，所述 發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)均為半波偶極子天線(xiàn)或喇叭天線(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，步驟3中，采用 矩形網(wǎng)格劃分方法獲得每個(gè)掃描位置的4個(gè)S參數(shù)，即發(fā)射和接收天線(xiàn)掃描X、Y軸方向的 間隔ΛΧ、Ay作為矩形X、Y軸方向網(wǎng)格間距，每個(gè)矩形網(wǎng)格對(duì)應(yīng)即4個(gè)S參數(shù)； 同理，步驟4中，也采用矩形網(wǎng)格劃分方法獲得每個(gè)掃描位置的4個(gè)耦合S參數(shù)，即發(fā) 射和接收天線(xiàn)掃描Χ、Υ軸方向的間隔ΛΧ、Ay作為矩形Χ、Υ軸方向網(wǎng)格間距，每個(gè)矩形網(wǎng) 格對(duì)應(yīng)4個(gè)耦合S參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，步驟6中，所述 散射參數(shù)計(jì)算公式為：
式中，以X,);,I)為目標(biāo)在(.U?)位置處的散射參數(shù)，D為接收天線(xiàn)的ζ軸位置坐標(biāo)，e 表示指數(shù)函數(shù)，j表示復(fù)數(shù)中的虛數(shù)，盡"￡(14，習(xí)為(.ν,.ν,?)位置處的目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)，kb為無(wú)目標(biāo)時(shí)的散射波數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，步驟7中，所述 目標(biāo)密度參數(shù)計(jì)算公式為：
式中，p(x,jj)為目標(biāo)在(;?,%?位置處的目標(biāo)密度參數(shù)，表示二維傅里葉反變 換；Esea(kx，ky)為校準(zhǔn)S參數(shù)的以傅里葉系數(shù)為kx、ky的二維傅里葉變換所得結(jié) 果，木D為散射參數(shù)以傅里葉系數(shù)為kx、ky的二維傅里葉變換結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維近程微波全息成像方法，其特征是，所述步驟3中目 標(biāo)當(dāng)前位置散射數(shù)據(jù)和步驟4中目標(biāo)平面的近場(chǎng)數(shù)據(jù)均通過(guò)軟件仿真法獲得。
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK104459691SQ201410783899
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王俊義, 勞保強(qiáng), 龔赟, 符杰林, 李燕龍, 劉爭(zhēng)紅, 鄭霖, 仇洪冰, 王玫, 林基明, 安濤 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué), 中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)