一种使用斜入射波的电磁成像系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种使用斜入射波的电磁成像系统与方法。散射体固定于转台上，散射体的周围沿圆周间隔均布有多根接收天线，所有接收天线均连接到微波开关网络通过微波开关网络选通所需的接收天线工作，微波开关网络与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪经射频功率放大器与发射天线连接；先分别获得入射场数据和每次转动角度后的总场数据，相减得到每次测量的散射场数据，将成像区域平均划分获得格林函数，建立目标函数，使用优化算法求解目标函数的最小值，获得介电常数分布。本发明专利技术克服了使用正入射波的电磁成像系统中存在的收发天线遮挡与互耦问题，收发天线位置可以灵活布置，还可根据实际情况自由的选取合适的入射角度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种电磁成像系统，尤其是涉及了一种使用斜入射波的电磁成像系统与方法。
技术介绍
当电磁波的传播遇到与背景物质的介电常数或磁导率存在差异的物体时，电磁波会发生散射。通过探测并精确测量散射场，人们可以通过各种方法来获得散射体的位置、形状、介电常数等信息。这一技术可被广泛应用于隔墙成像、无损检测、安全检查和生物医学诊断等领域。在传统的二维电磁成像系统中，发射天线与接收天线位于同一个平面。由于收发天线之间可能存在遮挡以及收发天线间存在互耦，这给测量的准确性和数据处理造成了不便。
技术实现思路
本专利技术为了避免传统二维电磁成像系统中存在的收发天线之间存在的遮挡以及收发天线间存在的互耦问题，提供了一种使用斜入射波的电磁成像系统与方法，可广泛应用于隔墙成像、无损检测、安全检查和生物医学诊断等领域。本专利技术采用的技术方案是：一、一种使用斜入射波的电磁成像系统：系统包括矢量网络分析仪、射频功率放大器、微波开关网络、转台和收发天线，散射体固定于转台上，散射体的周围沿圆周间隔均布有多根接收天线，所有接收天线均连接到微波开关网络通过微波开关网络选通所需的接收天线工作，微波开关网络与矢量网络分析仪的输入端连接，矢量网络分析仪的输出端经射频功率放大器与发射天线连接，发射天线从斜上方朝向散射体辐射。所述的矢量网络分析仪和微波开关网络均连接到计算机。所述的矢量网络分析仪的输出端通过同轴线经过射频功率放大器连接到发射天线。所述的微波开关网络内设有单片机，单片机连接到计算机。所述的发射天线与接收天线不在同一个平面内。二、一种使用斜入射波情况下的电磁成像方法：1)采用所述系统，转台上不置有散射体，接收天线围绕形成的成像区域无散射体，通过微波开关网络依次选通每一根接收天线，测量获得发射天线与每
一个接收天线之间的散射参数，作为入射场数据；2)在转台上固定放置散射体，测量发射天线与每一个接收天线之间的散射参数，作为总场数据；3)将转台多次转动，每次转过相同角度，每次转动重复步骤2)进行测量，依次获得所有总场数据；4)将每次测量的总场数据与入射场数据相减，得到每次测量的散射场数据将接收天线围绕形成的成像区域平均划分为N个子区域，根据每个子区域的中心点位置获得每两个子区域中心点位置之间的格林函数以及每个子区域中心点位置和接收天线位置之间的格林函数；5)建立目标函数使用优化算法求解目标函数的最小值，获得子区域的对比度的对角矩阵进而获得成像区域内的介电常数分布，完成对成像区域的电磁成像。所述步骤5)中的目标函数采用以下公式： f ( α ‾ , χ ‾ ‾ ) = Σ p = 1 N i ( | | G ‾ ‾ s · ( I ‾ p s + V ‾ ‾ n · α ‾ p ) - E ‾ p s c a | | 2 / | | E ‾ p s c a | | 2 + 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：包括矢量网络分析仪(5)、射频功率放大器(6)、微波开关网络(4)、转台(1)和收发天线，散射体(2)固定于转台(1)上，散射体(2)的周围沿圆周间隔均布有多根接收天线(8)，所有接收天线(8)均连接到微波开关网络(4)通过微波开关网络(4)选通所需的接收天线(8)工作，微波开关网络(4)与矢量网络分析仪(5)的输入端连接，矢量网络分析仪(5)的输出端经射频功率放大器(6)与发射天线(7)连接，发射天线(7)从斜上方朝向散射体(2)辐射。

【技术特征摘要】
1.一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：包括矢量网络分析仪(5)、射频功率放大器(6)、微波开关网络(4)、转台(1)和收发天线，散射体(2)固定于转台(1)上，散射体(2)的周围沿圆周间隔均布有多根接收天线(8)，所有接收天线(8)均连接到微波开关网络(4)通过微波开关网络(4)选通所需的接收天线(8)工作，微波开关网络(4)与矢量网络分析仪(5)的输入端连接，矢量网络分析仪(5)的输出端经射频功率放大器(6)与发射天线(7)连接，发射天线(7)从斜上方朝向散射体(2)辐射。2.根据权利要求1所述的一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：所述的矢量网络分析仪(5)和微波开关网络(4)均连接到计算机(3)。3.根据权利要求1所述的一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：所述的矢量网络分析仪(5)的输出端通过同轴线经过射频功率放大器(6)连接到发射天线(7)。4.根据权利要求1所述的一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：所述的微波开关网络(4)内设有单片机，单片机连接到计算机(3)。5.根据权利要求1所述的一种使用斜入射波的电磁成像系统，其特征在于：所述的发射天线(7)与接收天线(8)不在同一个平面内。6.一种使用斜入射波情况下的电磁成像方法，其特征在于包括以下步骤：1)采用所述系统，转台(1)上不置有散射体(2)，接收天线(8)围绕形成的成像区域无散射体，通过微波开关网络(4)依次选通每一根接收天线(8)，测量获得发射天线(7)与每一个接收天线(8)之间的散射参数，作为入射场数据；2)在转台(1)上固定放置散射体(2)，测量发射天线(7)与每一个接收天线(8)之间的散射参数，作为总场数据；3)将转台(1)多次转动，每次转过相同角度，每次转动重复步骤2)进行测量，依次获得所有总场数据；4)将每次测量的总场数据与入射场数据相减，得到每次测量的散射场数据将接收天线(8)围绕形成的成像区域平均划分为N个子区域，根据每个子区域的中心点位置获得每两个子区域中心点位置之间的格林函数以及每个子区域中心点位置和接收天线位置之间的格林函数；5)建立目标函数使用优化算法求解目标函数的最小值，
\t获得子区域的对比度的对角矩阵进而获得成像区域内的介电常数分布，完成对成像区域的电磁成像。7.根据权利要求6所述的一种使用斜入射波情况下的电磁成像方法，其特征在于：所述步骤5)中的目标函数采用以下公式： f ( α ‾ , χ ‾ ‾ ) = Σ p = 1 N i ( | | G ‾ ‾ s · ( I ‾ p s + V ‾ ‾ n · α ‾ p ) - E ‾ p s c a | | 2 / | | E ‾ p s c a | | 2 + | | ( V ‾ ‾ n - χ &Ov...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆阳，皇甫江涛，冉立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33