一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法，包括：基于外部点辐射噪声源，校准毫米波干涉式综合孔径成像系统中互相关值测量的相位一致性误差；基于面噪声源的温度差异实现毫米波干涉式综合孔径成像系统中自相关值的幅度一致性误差校准；结合点噪声源和面噪声源的校准结果，推导互相关测量值幅度一致性误差与自相关值一致性误差的关系，实现互相关测量值幅度一致性误差校准。本发明专利技术可以实现毫米波干涉式综合孔径成像系统福相一致性误差的快速测量和校准，满足毫米波干涉式综合孔径成像系统的快速校准需求。

A Fast Calibration Method for Millimeter Wave Interferometric Synthetic Aperture Imaging System Based on External Noise Injection

The invention provides a fast calibration method for millimeter wave interferometric synthetic aperture imaging system based on external noise injection, which includes: calibrating phase consistency error of cross correlation measurement in millimeter wave interferometric synthetic aperture imaging system based on external point radiation noise source; realizing autocorrelation value in millimeter wave interferometric synthetic aperture imaging system based on temperature difference of surface noise source. Based on the calibration results of point noise source and area noise source, the relationship between the magnitude consistency error of cross-correlation measurement and the magnitude consistency error of autocorrelation measurement is deduced to realize the magnitude consistency error calibration of cross-correlation measurement. The invention can realize the fast measurement and calibration of the coincidence error of the millimeter wave interferometric synthetic aperture imaging system, and meet the fast calibration requirement of the millimeter wave interferometric synthetic aperture imaging system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法
本专利技术毫米波成像系统校准领域，具体的说，是一种毫米波干涉式综合孔径成像系统的快速校准方法。
技术介绍
毫米波干涉式综合孔径成像系统用于人体安检的快速成像领域。毫米波是一种适用于成像安检的电磁波频段，是目前大部分已应用的人体安检设备选用的工作频段。它的频率介于微波和太赫兹之间，拥有微波频段对物体衣物穿透性强的特点，同时也具有太赫兹高分辨率的优势，适用于人体安检。干涉式综合孔径成像则属于毫米波成像中的被动成像领域，它具有安全无辐射和成像速度快的特点，特别适用于人流量密集场所的人体携带可疑物检测。由于被测成像系统采用阵列成像技术实现快速成像效果，阵列通道的一致性校准是成像的必要过程。通常的阵列通道校准方法使用被测成像系统响应G矩阵校准法，该方法由Tanner[1]等人在研究一维ESTAR系统的过程中提出，是目前综合孔径辐射计系统校准中普遍使用的校准方法。该方法不仅可以消除实际被测成像系统中的不理想因素，还可以缓解无法校正的去相关效应对被测成像系统响应的影响[2]。但是，该方法应用在实际被测成像系统中面临的问题是校准效率低校准过程耗时长，需使用扫描架等机械扫描装置进行点扫描实现校准。以后面实例中的256通道毫米波干涉式综合孔径成像系统为例，其所需的被测成像系统响应G矩阵校准点数为2440点每个聚焦距离面，以每个校准点扫描耗积分时间0.5s计算，并考虑扫描架移动速度每个距离面需要约2小时时间完成一次校准。对于具有多个聚焦距离面的被测成像系统来说，校准时间线性增加。因此，被测成像系统响应G矩阵校准法的校准速度是无法满足实际使用需求的。此外，有研究通过点源校准法进行校准。在NASA的GeoSTAR[3]成像系统近场成像问题研究中研究过使用点源校准法进行相位补偿。该方法校准速度快，但是无法校正去相关效应对被测成像系统响应的影响，且需要对不同成像距离面进行校准。因此，本专利技术提出一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法，提出分步校准思路，利用外部噪声面源和噪声点源分别校准成像中的空间去相关效应和被测成像系统通道响应。与被测成像系统响应G矩阵校准法相比该方法在去相关效应校准的同时校准速度快；与点源校准法相比该方法校准精度更高。[1]TannerAB,SwiftCT.CalibrationofaSyntheticApertureRadiometer[J].IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,1993,31(1):257-267.[2]PicardB,AnterrieuE,CaudalG,etal.ImpactoftheFringeWashingFunctionontheSpatialResolutionandontheRadiometricSensitivityoftheSmosInstrument；proceedingsofthe2003IGARSS:LearningFromEarth'sShapesandColours,July21,2003-July25,2003,Toulouse,France,F,2003[C].InstituteofElectricalandElectronicsEngineersInc.[3]TannerA,LambrigstenB,GaierT,etal.NearFieldCharacterizationoftheGeoSTARDemonstrator；IEEEInternationalSymposiumonGeoscienceandRemoteSensing.IEEE,2006[C]:2529-2532.
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：解决现有综合孔径校准方法校准时间较长的问题，提供一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统的快速校准方法，使用外部噪声点源和面源分别对被测成像系统自相关和互相关响应进行校准，校准速度快满足日常使用需求，且校准过程中通过定位关系消除校准数据中校准噪声点源的位置因素，校准后被测成像系统可实现多距离成像，保证了其对多距离跟踪成像需求。本专利技术的技术解决方案：一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统的快速校准方法，步骤为：第一步，使用外部点噪声源校准法校准毫米波干涉式综合孔径成像系统各通道互相关值相位误差：在固定位置安装外部点噪声源并测量被测成像系统响应互相关值，与根据外部点噪声源的位置坐标和被测成像系统的天线阵列布局计算得到的互相关值理论值比较，进行互相关值相位误差校准；第二步，使用外部面噪声源校准法校准毫米波干涉式综合孔径成像系统各通道自相关值幅度误差：在外部面噪声源不同温度下测量被测成像系统响应自相关值，并基于辐射亮温与自相关值间的线性关系特性和被测成像系统的阵列布局以及阵列中单元天线方向图，计算被测成像系统响应自相关值与理论值间的幅度差异实现自相关值幅度误差校准；第三步，校准互相关值幅度误差：基于第一步被测成像系统响应互相关值和第二步被测成像系统响应自相关值的测量结果，利用互相关值和自相关值间幅度的对应关系，得到被测成像系统响应互相关值幅度误差；第四步，对根据自相关值和互相关值误差对被测成像系统误差进行校准：根据被测成像系统响应互相关值和自相关值误差公式，和自相关值和互相关值误差测量结果，对被测成像系统的幅度和相位误差进行校准。所述第一步，具体实现如下：(1)外部点噪声源由匹配负载和低噪放组成，低噪放带宽大于被测成像系统工作带宽以确保外部点噪声源辐射的宽带噪声能够覆盖被测成像系统工作频带，且保证外部点噪声源辐射的宽带噪声带内起伏小于1dB；外部点噪声源连接喇叭天线用于辐射噪声能量，为保证喇叭天线的波束半功率波束宽度覆盖被测成像系统的天线阵列，喇叭天线的天线口径小于2倍波长；固定外部点噪声源，使外部点噪声源位置正对被测成像系统的天线阵列中心，并保证外部点噪声源位置已知；(2)分别打开和关闭外部点噪声源，并获得打开和关闭外部点噪声源状态下的被测成像系统响应的互相关值和以及自相关测量值ViC,on和ViC,off；(3)计算互相关值相位误差其中angle是计算复数的相位算子代表取复数的相位值，是第ij号相关器与校准点源波程差对应相位，通过下式计算：λ是毫米波干涉式综合孔径成像系统工作中心频率对应的波长，dpi和dpj分别是校准点源到第i号天线阵列和第j号天线阵列的距离，(xi,yi,zi)和(xj,yj,zj)为第i号天线阵列和第j号天线阵列的中心位置坐标，(xp,yp,zp)为校准点源位置，dpi和dpj通过下式获得：所述第二步，具体实现如下：(1)使用可变温度的热辐射源作为外部面噪声源，其同时具有以下特征：(a)其可变温度范围应覆盖10摄氏度至30摄氏度的温度区间；(b)可变温度的热辐射源面积大于阵列口面大小，使用的材料应在毫米波干涉式综合孔径成像系统的工作频段内且辐射率大于0.9；使用时，将所述可变温度的热辐射源置于阵列口面前距离小于10cm，并覆盖阵列口面范围；(2)分别将外部面噪声源调节至不同的温度状态，例如10摄氏度、20摄氏度和30摄氏度，并通过被测成像系统测量获得不同温度状态下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法，其特征在于，包括以下步于骤：第一步，使用外部点噪声源校准法校准毫米波干涉式综合孔径成像系统简称被测成像系统的各通道互相关值相位误差：在固定位置安装外部点噪声源并测量被测成像系统响应互相关值，与根据外部点噪声源的位置坐标和被测成像系统的天线阵列布局计算得到的互相关值理论值比较，进行互相关值相位误差校准；第二步，使用外部面噪声源校准法校准被测成像系统各通道自相关值幅度误差：在外部面噪声源不同温度下测量被测成像系统响应自相关值，并基于辐射亮温与自相关值间的线性关系特性和被测成像系统的阵列布局以及阵列中单元天线方向图，计算被测成像系统响应自相关值与理论值间的幅度差异实现自相关值幅度误差校准；第三步，校准互相关值幅度误差：基于第一步被测成像系统响应互相关值和第二步被测成像系统响应自相关值的测量结果，利用互相关值和自相关值间幅度的对应关系，得到系统响应互相关值幅度误差；第四步，对根据自相关值和互相关值误差对被测成像系统误差进行校准：根据被测成像系统响应互相关值和自相关值误差公式，和自相关值和互相关值误差测量结果，对被测成像系统的幅度和相位误差进行校准。...

【技术特征摘要】
1.一种基外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法，其特征在于，包括以下步于骤：第一步，使用外部点噪声源校准法校准毫米波干涉式综合孔径成像系统简称被测成像系统的各通道互相关值相位误差：在固定位置安装外部点噪声源并测量被测成像系统响应互相关值，与根据外部点噪声源的位置坐标和被测成像系统的天线阵列布局计算得到的互相关值理论值比较，进行互相关值相位误差校准；第二步，使用外部面噪声源校准法校准被测成像系统各通道自相关值幅度误差：在外部面噪声源不同温度下测量被测成像系统响应自相关值，并基于辐射亮温与自相关值间的线性关系特性和被测成像系统的阵列布局以及阵列中单元天线方向图，计算被测成像系统响应自相关值与理论值间的幅度差异实现自相关值幅度误差校准；第三步，校准互相关值幅度误差：基于第一步被测成像系统响应互相关值和第二步被测成像系统响应自相关值的测量结果，利用互相关值和自相关值间幅度的对应关系，得到系统响应互相关值幅度误差；第四步，对根据自相关值和互相关值误差对被测成像系统误差进行校准：根据被测成像系统响应互相关值和自相关值误差公式，和自相关值和互相关值误差测量结果，对被测成像系统的幅度和相位误差进行校准。2.根据权利要求1所述的一种基于外部噪声注入的毫米波干涉式综合孔径成像系统快速校准方法，其特征在于：所述第一步，具体实现如下：(1)外部点噪声源由匹配负载和低噪放组成，低噪放带宽大于被测成像系统工作带宽以确保外部点噪声源辐射的宽带噪声能够覆盖被测成像系统工作频带，且保证外部点噪声源辐射的宽带噪声带内起伏小于1dB；外部点噪声源连接喇叭天线用于辐射噪声能量，为保证喇叭天线的波束半功率波束宽度覆盖被测成像系统的天线阵列，喇叭天线的天线口径小于2倍波长；固定外部点噪声源，使外部点噪声源位置正对被测成像系统的天线阵列中心，并保证外部点噪声源位置已知；(2)分别打开和关闭外部点噪声源，并获得打开和关闭外部点噪声源状态下的被测成像系统响应的互相关值和以及自相关测量值ViC,on和ViC,off；(3)计算互相关值相位误差其中angle是计算复数的相位算子代表取复数的相位值...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗俊刚，胡岸勇，刘凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11