一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法技术

本发明专利技术提供一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，依次包括：对由后向散射回波信号生成的距离压缩信号进行二维维度上的图像聚焦处理，所述二维维度是与所述微波毫米波天线阵元的排列方向相垂直的二维维度；将经过处理的距离压缩信号进行图像聚焦，所述图像聚焦是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行。本发明专利技术的图像重建方法简化了三个维度的计算复杂度，使得算法结构更适用于硬件信号处理平台高速并行实现，而且是一种不受机械扫描维度扫描方式限制，可以对三维目标进行高精度全息图像重建，是一种通用的三维图像重建方法。

【技术实现步骤摘要】
一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法
本专利技术涉及微波毫米波太赫兹全息图像重建领域，特别涉及一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法。
技术介绍
现有的微波毫米波太赫兹三维全息成像安检系统是主动式微波毫米波太赫兹人体安检的一种重要技术手段，其种类主要包含有平面机械扫描式成像系统、圆柱面机械扫描式成像系统、二维稀疏阵列电子扫描式成像系统等。所述各成像系统的微波毫米波太赫兹频率的电磁波可以穿透衣物，所获取的三维全息图像可以更为丰富的表现人体体表信息，因此通过三维全息图像可以有效检测到人体衣物下隐藏的危险品，是一种有效的人体安检新手段。其中一维机械扫描一维阵列开关切换扫描的成像方式在人体安检领域得到广泛的应用，包括平面机械扫描式和柱面机械扫描式两种成像方式。目前微波毫米波太赫兹三维全息图像重建方法，尤其是用于平面机械扫描式和柱面机械扫描式两种成像方式的三维全息图像重建方法主要为时域类图像重建算法。时域类图像重建算法包括时域相关算法和后向投影重建算法。时域类算法在推导过程中无需任何近似，并且算法实现流程简单易懂，实现技术门槛较低。但是由于时域类图像重建算法中回波数据的三个维度耦合在一起，存在三个维度的时延累加计算，从而导致时域类图像重建算法的计算量大，在实际快速成像应用场景中受限，很难应用于实时性要求较高的成像系统。现有的微波毫米波太赫兹三维全息图像重建方法还包括波数域算法，波数域算法在平面机械扫描式和柱面机械扫描式两种成像方式中的实现方法均不一样，在工程实施中就需要对应这两种成像方式分别开发两套算法以适用于这两种成像方式，对所耗费的人力资源与时间成本提出较高要求。因而，在三维全息成像系统应用中，对于传统的时域类算法进行改进使得提升其计算效率，相应的技术手段亟待提出；而相对于波数域算法，如果提出一种图像重建方法适用于两种成像方式，那么就会极大降低人力资源与时间成本，对于社会经济效益具备较大贡献。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法。本专利技术的天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，是对微波毫米波天线阵元发射微波毫米波束对目标进行扫描所得到的后向散射回波信号进行处理，所述目标位于成像目标区域中，所述微波毫米波天线阵元是机械扫描式成像系统中一维天线阵列的天线阵元，其特征在于，所述微波毫米波全息图像重建方法包括步骤：A、对所述成像目标区域和所述一维天线阵列的机械扫描位置在二维维度上进行离散化处理，所述二维维度是与所述微波毫米波天线阵元的排列方向相垂直的二维维度；B、对所述后向散射回波信号进行快速逆傅里叶变换得到距离压缩信号，所述快速逆傅里叶变换是在微波毫米波频率维度上进行；C、对所述距离压缩信号进行图像聚焦处理，所述图像聚焦处理是在所述二维维度上的；D、对所述成像目标区域进行第二次离散化处理，所述第二次离散化处理是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行；E、将经过所述图像聚焦处理的所述距离压缩信号进行第二次图像聚焦，所述第二次图像聚焦是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行。进一步，所述微波毫米波全息图像重建方法还包括：建立三维空间直角坐标系，其中，以所述微波毫米波天线阵元的排列方向为所述三维空间直角坐标系的Y轴方向；所述机械扫描式成像系统为一维天线阵列平面机械扫描式成像系统时，以所述微波毫米波天线阵元的扫描移动方向为所述三维空间直角坐标系的X轴方向，并以三维空间直角坐标系三个坐标轴的方向关系确立所述三维空间直角坐标系的Z轴方向；所述机械扫描式成像系统为一维天线阵列圆柱面机械扫描式成像系统时，以三维空间直角坐标系三个坐标轴的方向关系确立所述三维空间直角坐标系的Y轴和Z轴方向。进一步，记所述微波毫米波天线阵元的Y轴坐标为y'k，其中，k∈[1,Nant]，Nant为所述一维天线阵列中所述微波毫米波天线阵元的数目且为大于1的整数，La为所述一维天线阵列的长度；遍历所述坐标y'k，在每个坐标y'k处，执行所述步骤A、步骤B和步骤C。进一步，所述二维维度为(x,z)维度，即x维度和z维度，经过所述步骤A，得到划分的所述成像目标区域在所述二维维度的离散网格点坐标为(xi,zj)，其中，i∈[0,Nx]，j∈[0,Nz]，Nx为所述成像目标区域沿x维度划分的离散网格的网格数目，Nz为所述成像目标区域沿z维度划分的离散网格的网格数目，Nx和Nz均为大于1的整数；所述离散化得到的网格满足：沿所述x维度划分的网格大小所述网格数目沿所述z维度划分的网格大小所述网格数目表示向下取整，其中，λ0为所述机械扫描式成像系统的射频信号中心波长，θx为x维度的天线波束宽度，Lx为x维度上进行扫描所覆盖的空间范围，B为所述机械扫描式成像系统的微波毫米波信号的带宽，c为真空中光速，Lz为所述成像目标区域在所述z维度上覆盖的范围；得到划分的所述一维天线阵列的离散化的机械扫描位置其中，为所述离散化的机械扫描位置沿x维度划分的离散网格的网格数目，分为所述离散化的机械扫描位置沿z维度划分的离散网格的网格数目，和均为大于1的整数；所述离散化的机械扫描位置满足：采用所述一维天线阵列平面机械扫描式成像系统时，Ls为所述微波毫米波天线阵元的扫描距离，所述机械扫描位置的x维度划分的网格大小取一定值；采用所述一维天线阵列圆柱面机械扫描式成像系统时，且满足R为所述微波毫米波天线阵元进行圆柱面扫描轨迹的半径，为所述微波毫米波天线阵元扫描过的角度，的离散化间隔rs为扫描对象半径，k为微波毫米波频率波数，kz为所述微波毫米波天线阵元的排列方向上的空间波数。进一步，La为0.5～3米，Lx为0.3～2米，Lz为0.1～1.5米，Ls为0.1～2米，进一步，La为2米，Lx为1米，Lz为0.2～0.8米，Ls为2米，R为0.6米，为进一步，所述后向散射回波信号为S(x,y,z,f)，其中f为所述微波毫米波频率维度，在所述步骤B中，对所述回波信号S(x,y,z,f)在所述f维度做Nf0点的快速逆傅里叶变换得到距离压缩信号SD(x,y,z,t)，其中，t为所述目标到所述阵列天线的口面的延迟时间，且有Nf0＝N0×Nf，Nf0为所述逆傅里叶变换的点数，N0为所述回波信号S(x,y,z,f)在所述f维度的升采样倍数，Nf为原始频率点数；把所述距离压缩信号即升采样信号SD(x,y,z,t)在所述z维度的像素间隔设置为所述x维度的网格大小Δx，则表示向下取整。进一步，在所述步骤C中，在所述(x,z)维度下，在每个离散网格点坐标(xi,zj)处都进行下面步骤：计算所述离散网格点坐标(xi,zj)到所述微波毫米波天线阵元的离散化的机械扫描位置处的斜距然后得到所述z维度上匹配滤波信号由所述斜距Rij计算出所述距离压缩信号SD(x,y,z,t)在所述离散化的机械扫描位置处的所述z维度的匹配采样点信号其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，是对微波毫米波天线阵元发射微波毫米波束对目标进行扫描所得到的后向散射回波信号进行处理，所述目标位于成像目标区域中，所述微波毫米波天线阵元是机械扫描式成像系统中一维天线阵列的天线阵元，其特征在于，所述微波毫米波全息图像重建方法包括步骤：/nA、对所述成像目标区域和所述一维天线阵列的机械扫描位置在二维维度上进行离散化处理，所述二维维度是与所述微波毫米波天线阵元的排列方向相垂直的二维维度；/nB、对所述后向散射回波信号进行快速逆傅里叶变换得到距离压缩信号，所述快速逆傅里叶变换是在微波毫米波频率维度上进行；/nC、对所述距离压缩信号进行图像聚焦处理，所述图像聚焦处理是在所述二维维度上的；/nD、对所述成像目标区域进行第二次离散化处理，所述第二次离散化处理是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行；/nE、将经过所述图像聚焦处理的所述距离压缩信号进行第二次图像聚焦，所述第二次图像聚焦是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，是对微波毫米波天线阵元发射微波毫米波束对目标进行扫描所得到的后向散射回波信号进行处理，所述目标位于成像目标区域中，所述微波毫米波天线阵元是机械扫描式成像系统中一维天线阵列的天线阵元，其特征在于，所述微波毫米波全息图像重建方法包括步骤：
A、对所述成像目标区域和所述一维天线阵列的机械扫描位置在二维维度上进行离散化处理，所述二维维度是与所述微波毫米波天线阵元的排列方向相垂直的二维维度；
B、对所述后向散射回波信号进行快速逆傅里叶变换得到距离压缩信号，所述快速逆傅里叶变换是在微波毫米波频率维度上进行；
C、对所述距离压缩信号进行图像聚焦处理，所述图像聚焦处理是在所述二维维度上的；
D、对所述成像目标区域进行第二次离散化处理，所述第二次离散化处理是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行；
E、将经过所述图像聚焦处理的所述距离压缩信号进行第二次图像聚焦，所述第二次图像聚焦是在所述微波毫米波天线阵元的排列方向的维度上进行。


2.根据权利要求1所述的一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，其特征在于，
所述微波毫米波全息图像重建方法还包括：建立三维空间直角坐标系，
其中，
以所述微波毫米波天线阵元的排列方向为所述三维空间直角坐标系的Y轴方向；
所述机械扫描式成像系统为一维天线阵列平面机械扫描式成像系统时，以所述微波毫米波天线阵元的扫描移动方向为所述三维空间直角坐标系的X轴方向，并以三维空间直角坐标系三个坐标轴的方向关系确立所述三维空间直角坐标系的Z轴方向；
所述机械扫描式成像系统为一维天线阵列圆柱面机械扫描式成像系统时，以三维空间直角坐标系三个坐标轴的方向关系确立所述三维空间直角坐标系的Y轴和Z轴方向。


3.根据权利要求2所述的一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，其特征在于，
记所述微波毫米波天线阵元的Y轴坐标为y'k，其中，k∈[1,Nant]，Nant为所述一维天线阵列中所述微波毫米波天线阵元的数目且为大于1的整数，La为所述一维天线阵列的长度；
遍历所述坐标y'k，在每个坐标y'k处，执行所述步骤A、步骤B和步骤C。


4.根据权利要求3所述的一种天线阵列机械扫描式全息图像重建方法，其特征在于，
所述二维维度为(x,z)维度，即x维度和z维度，经过所述步骤A，
得到划分的所述成像目标区域在所述二维维度的离散网格点坐标为(xi,zj)，其中，i∈[0,Nx]，j∈[0,Nz]，Nx为所述成像目标区域沿x维度划分的离散网格的网格数目，Nz为所述成像目标区域沿z维度划分的离散网格的网格数目，Nx和Nz均为大于1的整数；
所述离散化得到的网格满足：沿所述x维度划分的网格大小所述网格数目沿所述z维度划分的网格大小所述网格数目表示向下取整，
其中，λ0为所述机械扫描式成像系统的射频信号中心波长，θx为x维度的天线波束宽度，Lx为x维度上进行扫描所覆盖的空间范围，B为所述机械扫描式成像系统的微波毫米波信号的带宽，c为真空中光速，Lz为所述成像目标区域在所述z维度上覆盖的范围；
得到划分的所述一维天线阵列的离散化的机械扫描位置其中，为所述离散化的机械扫描位置沿x维度划分的离散网格的网格数目，分为所述离散化的机械扫描位置沿z维度划分的离散网格的网格数目，和均为大于1的整数；
所述离散化的机械扫描位置满足：采用所述一维天线阵列平面机械扫描式成像系统时，Ls为所述微波毫米波天线阵元的扫描距离，所述机械扫描位置的x维度划分的网格大小取一定值；采用所述一维天线阵列圆柱面机械扫描式成像系统时，且满足R为所述微波毫米波天线阵元进行圆柱面扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥新，柳桃荣，笪敏，刘泽鑫，
申请(专利权)人：博微太赫兹信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34