一种微波成像系统的直达波抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种微波成像系统的直达波抑制方法及系统，通过对垂直线性阵列天线在其所有等效天线采集位置处得到的回波信号组成的回波信号集进行频域到时域转换、滤波、时域到频域转换和对消相减等一系列滤波操作，可以有效抑制直达波信号所产生的干扰，从而提高了回波信号接收机的灵敏度，简化了后续的成像处理过程，提高了微波成像系统的成像性能，从而可以得到准确的目标物体的图像。

Direct wave suppression method and system for microwave imaging system

The present invention provides a direct wave suppression method of microwave imaging system and system, the echo signal of the echo signal composed of vertical linear array antenna in all its equivalent antenna position acquisition set frequency conversion, filtering, time domain to the time domain to the frequency domain conversion and cancellation subtraction and a series of filtering operation, interference can be effectively direct wave suppression signal generated, thereby increasing the sensitivity of echo signal receiver, simplifies the imaging follow-up process, improve the imaging performance of microwave imaging system, image can obtain the object accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种微波成像系统的直达波抑制方法及系统
本专利技术实施例属于微波成像
，尤其涉及一种微波成像系统的直达波抑制方法及系统。
技术介绍
微波成像技术采用主动发射微波波段的电磁波的方式对物体进行扫描成像，因其能够穿透物体表面而检测藏匿于物体内部的金属或非金属违禁品，且由于其具有辐射剂量小、属于非电离辐射等特点，广泛应用于安检仪等微波成像系统，用于执行人体安全检查任务。目前较为流行的微波成像技术，通常要通过线性阵列天线得到所有等效天线采集位置处的回波信号组成回波信号集，再将回波信号集发送至安检系统的信号处理设备进行统一成像处理，得到目标物体的图像。然而，在实际应用中，线性阵列天线在其所有等效天线采集位置处得到的回波信号集中还包一部分直达波信号，回波信号集中直达波信号的能量比目标物体反射的回波能量大几个数量级，如果不对直达波信号进行抑制或滤除，会降低回波信号接收机的灵敏度，导致接收机前端饱和甚至损坏，增加了后续的成像处理难度，降低了微波成像系统的成像性能，从而无法得到准确的目标物体的图像。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种微波成像系统的直达波抑制方法及系统，旨在解决在实际应用中，线性阵列天线在等效天线采集位置处得到的回波信号中还包一部分直达波信号，回波信号中直达波信号的能量比目标物体反射的回波能量大几个数量级，如果不对直达波信号进行抑制或滤除，会降低回波信号接收机的灵敏度，导致接收机前端饱和甚至损坏，增加了后续的成像处理过程的难度，降低了微波成像系统的成像性能，从而无法得到准确的目标物体的图像的问题。本专利技术实施例一方面提供一种微波成像系统的直达波抑制方法，其包括：控制由M个天线组成的垂直线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描目标区域上的N个方位角位置点，获取M×N个频域回波信号并建立频域回波信号集，其中，M和N均为大于0的正整数；通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号；分别计算所述N条目标时域回波信号中每条目标时域回波信号的平均值，对平均值最大的目标时域回波信号所在的预设区域进行滤波，得到已滤波的N条目标时域信号；通过第二预设算法对所述已滤波的N条目标时域信号进行计算，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号；将所述N条目标频域回波信号与所述N条目标时域回波信号对消相减，得到所述N条频域回波信号的直达波抑制结果；返回通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算的操作，直到得到所述M个天线中的所有天线在所述N个方位角位置点扫描得到的共M×N个频域回波信号的直达波抑制结果时为止。本专利技术实施例另一方面还提供一种微波成像系统的直达波抑制系统，其特征在于，所述直达波抑制系统包括：频域回波信号获取模块，用于控制由M个天线组成的垂直线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描目标区域上的N个方位角位置点，获取M×N个频域回波信号并建立频域回波信号集，其中，M和N均为大于0的正整数；时域回波信号处理模块，用于通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号；目标时域回波信号处理模块，用于分别计算所述N条目标时域回波信号中每条目标时域回波信号的平均值，对平均值最大的目标时域回波信号所在的预设区域进行滤波，得到已滤波的N条目标时域信号；频域回波信号处理模块，用于通过第二预设算法对所述已滤波的N条目标时域信号进行计算，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号；对消相减模块，用于将所述N条目标频域回波信号与所述N条目标时域回波信号对消相减，得到所述N条频域回波信号的直达波抑制结果；返回模块，用于返回通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算的操作，直到得到所述M个天线中的所有天线在所述N个方位角位置点扫描得到的共M×N个频域回波信号的直达波抑制结果时为止。本专利技术通过对垂直线性阵列天线在其所有等效天线采集位置处得到的回波信号组成的回波信号集进行频域到时域转换、滤波、时域到频域转换和对消相减等一系列滤波操作，可以有效抑制直达波信号所产生的干扰，从而提高了回波信号接收机的灵敏度，简化了后续的成像处理过程，提高了微波成像系统的成像性能，从而可以得到准确的目标物体的图像。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一个实施例提供的笛卡尔坐标系下的柱面扫描系统的示意图。图2是本专利技术的一个实施例提供的微波成像系统的直达波抑制方法的流程框图；图3是本专利技术的一个实施例提供的图2中步骤S20的流程框图；图4是本专利技术的一个实施例提供的图2中步骤S40的流程框图；图5是本专利技术的一个实施例提供的微波成像系统的直达波抑制方法的基本结构框图；图6是本专利技术的一个实施例提供的图5中时域回波信号处理模块的具体结构框图；图7是本专利技术的一个实施例提供的图5中频域回波信号处理模块的具体结构框图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。本专利技术所有实施例基于微波成像系统实现，该系统包括在水平或垂直方向上线性排列的预设个数的天线组成的线性阵列天线、信号收发设备和机械旋转设备和信号处理设备。在具体应用中，信号处理设备可以采用图形处理器(GraphicsProcessingUnit，GPU)来实现。机械旋转设备控制线性阵列天线旋转，信号收发设备用于在线性阵列天线在旋转过程中发射信号并接收待成像的目标物体反射的回波数据，信号收发设备将回波数据发送给信号处理设备处理为成像结果，实现对待成像的目标物体上各采样点的扫描成像。根据线性阵列天线旋转过程中的等效相位位置所形成的扫描面的形状，可以将微波成像系统分为平面扫描系统或柱面扫描系统。以下着重介绍柱面扫描系统的工作原理：如图1所示，设定待成像物体为人体，人体自然站立的平面为水平面，设定与X轴正交且处于同一水平面的轴为Y轴，设定X轴、Y轴和Z轴相交于所述集合中轴线上的一点O，以O为原点建立包括X轴、Y轴和Z轴的笛卡尔坐标系X-Y-Z-O。N个天线在垂直于水平面的Z轴方向上组成垂直线性阵列天线，该线性阵列天线绕所述几何中轴线旋转一周后，等效形成在柱面上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述直达波抑制方法包括：控制由M个天线组成的垂直线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描目标区域上的N个方位角位置点，获取M×N个频域回波信号并建立频域回波信号集，其中，M和N均为大于0的正整数；通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号；分别计算所述N条目标时域回波信号中每条目标时域回波信号的平均值，对平均值最大的目标时域回波信号所在的预设区域进行滤波，得到已滤波的N条目标时域信号；通过第二预设算法对所述已滤波的N条目标时域信号进行计算，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号；将所述N条目标频域回波信号与所述N条目标时域回波信号对消相减，得到所述N条频域回波信号的直达波抑制结果；返回通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算的操作，直到得到所述M个天线中的所有天线在所述N个方位角位置点扫描得到的共M×N个频域回波信号的直达波抑制结果时为止。

【技术特征摘要】
1.一种微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述直达波抑制方法包括：控制由M个天线组成的垂直线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描目标区域上的N个方位角位置点，获取M×N个频域回波信号并建立频域回波信号集，其中，M和N均为大于0的正整数；通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号；分别计算所述N条目标时域回波信号中每条目标时域回波信号的平均值，对平均值最大的目标时域回波信号所在的预设区域进行滤波，得到已滤波的N条目标时域信号；通过第二预设算法对所述已滤波的N条目标时域信号进行计算，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号；将所述N条目标频域回波信号与所述N条目标时域回波信号对消相减，得到所述N条频域回波信号的直达波抑制结果；返回通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算的操作，直到得到所述M个天线中的所有天线在所述N个方位角位置点扫描得到的共M×N个频域回波信号的直达波抑制结果时为止。2.如权利要求1所述的微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述第一预设算法包括升采样和傅里叶变换；所述通过第一预设算法对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号进行计算，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号，包括：对所述M个天线中的预设天线在所述N个方位角位置点扫描得到的N条频域回波信号的末端进行补0操作，补0长度为所述N条频域回波信号的长度的m-1倍，其中，m≥1且m为正整数；对补0之后的所述N条频域回波信号进行傅里叶变换，得到N条时域回波信号；对所述N条时域回波信号进行m倍升采样，得到所述预设天线所对应的N条目标时域回波信号。3.如权利要求1所述的微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述第二预设运算法包括傅里叶变换、降采样和频率截取；所述通过第二预设算法对所述已滤波的N条目标时域信号进行计算，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号，包括：将所述已滤波的N条目标时域信号进行傅里叶变换，得到N条第一频域回波信号；对所述N条第一频域回波信号进行1/n倍降采样，得到所述N条第一频域回波信号中前1/n部分的第二频域回波信号；对所述第二频域回波信号进行频率截取，得到与所述N条频域回波信号的频率和维度一致的N条目标频域回波信号。4.如权利要求1所述的微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述直达波抑制方法还包括：分别对所述频域回波信号集中每个通道的频域回波信号及所述每个通道的频域回波信号对应的幅相预校正因子进行乘运算。5.如权利要求4所述的微波成像系统的直达波抑制方法，其特征在于，所述分别对所述频域回波信号集中每个通道的频域回波信号及所述每个通道的频域回波信号对应的幅相预校正因子进行乘运算之前，包括：预先测量所述每个通道的频域回波信号对应的幅相预校正因子，所述幅相预校正因子用于在进行成像处理时对其对应的频域回波信号的进行幅相一致性补偿；对所述幅相预校正因子进行离线...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁春超，吴光胜，赵术开，肖千，王爱先，
申请(专利权)人：深圳市无牙太赫兹科技有限公司，深圳市太赫兹科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44