一种毫米波柱面全息成像系统的三维成像与重构方法技术方案

本申请涉及一种毫米波柱柱面全息成像系统的三维成像与重构方法。所述方法包括：在柱坐标系下获取回波信号，从回波信号的距离像序列中得到被检目标的回波信号及对应的空间波数谱，将空间波数谱沿高度轴和距离轴分解，获得柱坐标系下发射信号各频点的单频三维成像数据，通过相参累加得到柱坐标目标三维成像数据，将其重构为直角坐标目标三维成像数据，获取柱坐标或直角坐标下的目标三维成像数据的三维点云数据并将其重构为对应的目标三维表面。上述方法在柱坐标系下直接得到三维成像结果，避免了从柱坐标到直角坐标的空间波数谱域转换操作引入的精度损失，能一次得到目标全方位的高质量成像结果；还可设置成像范围，提高成像效率。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波柱面全息成像系统的三维成像与重构方法
本申请涉及雷达信号处理技术和雷达成像
，特别是涉及一种毫米波柱面全息成像系统的三维成像与重构方法。
技术介绍
毫米波通常指频率在30GHz到300GHz(对应波长1mm-10mm)之间的电磁波。相比于微波以及更低频段的电磁波，毫米波雷达具有载频更高、波长更短、更容易提供大带宽的特点，因此其成像结果具有更高的距离分辨率和方位分辨率，在安全检查、无损探测等领域具有重大的应用前景。目前使用的毫米波成像系统，按照其几何结构主要可以分为两大类，即平面全息成像系统和柱面全息成像系统。其中，柱面全息成像系统采用毫米波雷达阵列，绕目标旋转一周并获取回波数据，因此可以获得被检目标360度的全方位散射信息，从而实现目标的整体三维重构。目前，毫米波柱面全息成像系统采用的主要成像算法都是在直角坐标系下进行的。最早的毫米波柱面全息成像算法首先对回波进行角度维度和高度维度(z方向)的二维FFT(快速傅里叶变换)得到S(k,ξ,kz)，随后补偿相位因子再执行关于ξ的一维IFFT(快速逆傅里叶变换)得到空间三维波数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫米波柱面全息成像系统的三维成像与重构方法，所述方法包括：/n在预设的柱坐标系下，获取毫米波柱面全息成像系统的发射信号经反射后的回波信号；所述柱坐标系的高度轴与所述毫米波柱面全息成像系统的柱面的中轴线重合；/n计算所述回波信号对应的距离像序列，根据预设的距离轴坐标值范围从所述距离像序列中得到被检目标在所述柱坐标系下的目标回波信号；/n根据所述目标回波信号获得对应的空间波数谱，将所述空间波数谱沿所述柱坐标系的高度轴和距离轴分解，在所述柱坐标系下获得所述发射信号的每个频点对应的单频三维成像数据，将所述单频三维成像数据进行相参累加，得到对应的柱坐标目标三维成像数据；/n根据预设的直角坐标系和...

【技术特征摘要】
1.一种毫米波柱面全息成像系统的三维成像与重构方法，所述方法包括：
在预设的柱坐标系下，获取毫米波柱面全息成像系统的发射信号经反射后的回波信号；所述柱坐标系的高度轴与所述毫米波柱面全息成像系统的柱面的中轴线重合；
计算所述回波信号对应的距离像序列，根据预设的距离轴坐标值范围从所述距离像序列中得到被检目标在所述柱坐标系下的目标回波信号；
根据所述目标回波信号获得对应的空间波数谱，将所述空间波数谱沿所述柱坐标系的高度轴和距离轴分解，在所述柱坐标系下获得所述发射信号的每个频点对应的单频三维成像数据，将所述单频三维成像数据进行相参累加，得到对应的柱坐标目标三维成像数据；
根据预设的直角坐标系和直角坐标值范围，将所述柱坐标目标三维成像数据重构为对应的直角坐标目标三维成像数据；
根据所述柱坐标目标三维成像数据或所述直角坐标目标三维成像数据，获取目标空间三维点云数据，对所述三维点云数据进行去噪处理后重构对应的目标三维表面。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述回波信号对应的距离像序列，根据预设的距离轴坐标值范围从所述距离像序列中得到被检目标在所述柱坐标系下的目标回波信号的步骤包括：
对所述回波信号进行频率维度的IFFT计算，得到对应的距离像序列；
根据预设的距离轴坐标值范围生成矩形窗滤波函数，使用所述矩形窗滤波函数对所述距离像序列进行滤波，得到对应的目标区域数据；
对所述目标区域数据进行距离维度的FFT计算，得到被检目标在所述柱坐标系下的目标回波信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标回波信号获得对应的空间波数谱，将所述空间波数谱沿所述柱坐标系的高度轴和距离轴分解，在所述柱坐标系下获得所述发射信号的每个频点对应的单频三维成像数据，将所述单频三维成像数据进行相参累加，得到对应的柱坐标目标三维成像数据的步骤包括：
在所述柱坐标系下对所述目标回波信号进行角度维度的FFT计算和高度维度的IFFT计算，得到空间波数谱；
获取所述发射信号的每个频点对应的所述空间波数谱，进行角度维度的匹配滤波计算、角度维度的IFFT计算和高度维度的FFT计算，在所述柱坐标系下获得所述发射信号的每个频点对应的单频三维成像数据；
将所述单频三维成像数据进行相参累加，得到对应的柱坐标目标三维成像数据。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述单频三维成像数据进行相参累加，得到对应的柱坐标目标三维成像数据的步骤包括：
获取预设的成像区域内的所述单频三维成像数据；所述成像区域的距离轴坐标在所述预设的距离轴坐标值范围内；
将获取到的单频三维成像数据进行相参累加，得到所述预设的成像区域内的柱坐标目标三维成像数据。


5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据预设的直角坐标系和直角坐标值范围，将所述柱坐标目标三维成像数据重构为对应的直角坐标目标三...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琪，张野，江新瑞，邓彬，王宏强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43