一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像方法技术

本公开的可重构电磁表面阵列的三维成像方法，根据目标区域构建可重构电磁表面阵列，N个发射子阵和N个接收子阵对应且正交，相邻子阵阵元部分重叠，N为正整数；多通道发射数字波束和其对应的多通道接收数字波束正交为收发子阵的多通道数字合成波束，并聚焦到目标区域的相应位置为收发子阵扫描波束；对发射子阵和接收子阵的重叠阵元相位补偿，使多通道数字合成波束聚焦到目标区域的不同位置；将目标区域分为多个平行截面，在每个平行截面上结合收发子阵扫描波束和多通道数字合成波束扫描得到目标区域的三维成像。能够使空间扫描次数降低数个量级，综合稀疏阵列与实波束成像优势，能够实现人流量大时的通过式快速安检，对人体进行快速扫描成像。行快速扫描成像。行快速扫描成像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像方法


[0001]本专利技术属于安检
，具体涉及一种基于可重构电磁表面阵列的三维 成像方法。

技术介绍

[0002]公共安全问题是国际社会的广泛关注的焦点。机场、地铁、车站、广场等 人员密集的场所是袭击事件发生的主要地点，那么对安检系统的准确性、实时 性、智能性和环境适用性也提出了更高的要求。
[0003]近几年毫米波安检成像技术是新型安检技术，具有安全性高、穿透性好、不 同材料的电磁散射特性具有差异性等优点，已成为人体安检技术的主流发展方 向。
[0004]毫米波安检成像主要分为主动与被动两种模式。主动成像方式对环境的依 赖性较低，获取的信息量更丰富，图像信噪比及对比度较高，可实现目标三维成 像主要有美国JPL实验室研制的毫米波单通道二维机械扫描成像系统；美国L3公 司研制的电扫描与机械扫描相结合的ProVision毫米波人体成像安检系统；德国 Rohde&Schwarz公司基于MIMO面阵的QPS毫米波成像系统、英国SmithDetection公司基于两维反射阵的Eqo成像系统。而英美等国家开展太赫兹频段人 体安检成像技术研究，多采用被动体制。
[0005]可重构数字电磁表面引起了广泛的关注和研究。在可重构数字电磁表面单 元设计中集成半导体电子器件或微机电系统(MEMS)，使阵列辐射和调相器件 合二为一，可重构天线具备传统反射面天线和相控阵天线的优势，轻薄易共形、 易形成大口面，易于向高频发展，且毫米波频段可以采用较成熟的半导体工艺实 现高精度、低成本的批量生产。
[0006]可重构电磁表面利用压控二极管控制反射单元，不需要多路射频通道即可 实现波束空间扫描，可以将可重构电磁表面压控二极管替代传统天线阵元用于 收发阵列的子阵设计，可以在电磁表面子阵宽波束扫描的基础上，结合数字波束 扫描完成三维高分辨成像，提高了波束扫描效率。
[0007]数字波束形成(Digital Beamforming,DBF)技术在超声、雷达信号处理及电 子对抗系统中应用广泛，其利用对阵列天线从空间不同方向接收到的信号进行 加权求和，以形成某个特定指向的数字波束，加权求和的权矢量决定波束指向以 及零陷与副瓣水平，实现波束扫描、目标跟踪、以及空间干扰信号的零陷等。在 这类应用中，信号模型通常建立在远场平面波基础上，而在近场毫米波人体安检 成像中，天线发射及接收的电磁波为球面波形式，因此，远场DBF算法无法直接 应用。
[0008]在近场超声快速成像领域，主要存在的波束成像算法有基于FFT的近场动态 聚焦波束形成算法、基于Chirp
‑
z变换算法、及基于非均匀快速傅里叶变换 (NUFFT)的波束形成算法等几类。
[0009]但是，现有的上述毫米波成像技术在处理算法及系统成本方面难以同时满 足人员密集区域的快速通过式人体安检需求。因此，亟需一种新的成像体制与方 法的探究满足人员密集区域的快速通过式人体安检需求。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本公开提出了一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像方法，能 够使空间扫描次数降低数个量级，综合稀疏阵列与实波束成像优势，能够实现人 流量大时的通过式快速安检，对人体进行快速扫描成像。
[0011]根据本专利技术的一方面，提出了一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像方 法，所述方法包括：
[0012]根据三维成像目标区域构建可重构电磁表面阵列，所述可重构电磁表面阵 列包括N个可重构电磁表面发射子阵和N个可重构电磁表面接收子阵，所述N个 可重构电磁表面发射子阵和N个可重构电磁表面接收子阵一一对应且在空间上 正交，相邻的可重构电磁表面发射子阵或相邻的可重构电磁表面接收子阵的部 分阵元重叠，N为正整数；
[0013]针对每一个可重构电磁表面发射子阵的多通道发射数字波束和其对应的可 重构电磁表面接收子阵的多通道接收数字波束在空间上正交，并合成为收发子 阵的多通道数字合成波束，聚焦到三维成像目标区域的相应位置为收发子阵扫 描波束；
[0014]对所述可重构电磁表面发射子阵和所述可重构电磁表面接收子阵的重叠阵 元进行相位补偿，调整所述可重构电磁表面发射子阵的多通道发射数字波束的 相位和所述可重构电磁表面接收子阵的多通道接收数字波束的相位，使不同收 发子阵的所述多通道数字合成波束聚焦到三维成像目标区域的不同位置，得到 多个收发子阵扫描波束；
[0015]将所述三维成像目标区域分割为多个平行截面，在每个平行截面上结合所 述收发子阵扫描波束的宽波束扫描和所述多通道数字合成波束在所述收发子阵 的主瓣内的窄波束扫描得到所述三维成像目标区域的三维成像。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述可重构电磁表面发射子阵包括发射馈源、二 极管相位控制阵列和天线单元；
[0017]所述可重构电磁表面接收子阵包括接收馈源、二极管相位控制阵列和天线 单元。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述调整所述可重构电磁表面发射子阵的多通 道发射数字波束的相位和所述可重构电磁表面接收子阵的多通道接收数字波束 的相位，包括：
[0019]通过调整所述可重构电磁表面发射子阵和可重构电磁表面接收子阵的二极 管相位控制阵列的通断状态，调整可重构电磁表面发射子阵和接收子阵的天线 单元相位，根据所述可重构电磁表面发射子阵和可重构电磁表面接收子阵的天 线单元相位调整所述多通道发射数字波束的相位和所述多通道接收数字波束的 相位形成收发子阵扫描波束。
[0020]在一种可能的实现方式中，根据调整所述发射馈源信号的相位对所述多通 道发射信号进行数字波束合成，与根据调整所述发射馈源的相位对所述多通道 发射信号进行数字波束合成在空间上正交为收发子阵的多通道数字合成波束。
[0021]在一种可能的实现方式中，对所述可重构电磁表面发射子阵和所述可重构 电磁表面接收子阵的重叠阵元进行相位补偿，包括：
[0022]根据所述可重构电磁表面发射子阵和所述可重构电磁表面接收子阵的阵元 重叠部分的相位分布，利用平均相位的配相调整方法对可重构电磁表面发射子 阵或可重构电磁表面接收子阵的阵元重叠部分进行相位补偿。
[0023]在一种可能的实现方式中，利用非均匀快速傅里叶变换算法得到可重构电 磁表面发射子阵的多通道发射数字波束和其对应的可重构电磁表面接收子阵的 多通道接收数
字波束在空间上正交为收发子阵的多通道数字合成波束。
[0024]在一种可能的实现方式中，所述可重构电磁表面总阵列为十字型、T字型、 Γ字型。
[0025]本公开的基于可重构电磁表面阵列的三维成像方法，通过根据三维成像目 标区域构建可重构电磁表面阵列，所述可重构电磁表面阵列包括N个可重构电磁 表面发射子阵和N个可重构电磁表面接收子阵，所述N个可重构电磁表面发射子 阵和N个可重构电磁表面接收子阵一一对应且在空间上正交，相邻的可重构电磁 表面发射子阵或相邻的可重构电磁表面接收子阵的部分阵元重叠，N为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：根据三维成像目标区域构建可重构电磁表面阵列，所述可重构电磁表面阵列包括N个可重构电磁表面发射子阵和N个可重构电磁表面接收子阵，所述N个可重构电磁表面发射子阵和N个可重构电磁表面接收子阵一一对应且在空间上正交，相邻的可重构电磁表面发射子阵或相邻的可重构电磁表面接收子阵的部分阵元重叠，N为正整数；针对每一个可重构电磁表面发射子阵的多通道发射数字波束和其对应的可重构电磁表面接收子阵的多通道接收数字波束在空间上正交，并合成为收发子阵的多通道数字合成波束，聚焦到三维成像目标区域的相应位置为收发子阵扫描波束；对所述可重构电磁表面发射子阵和所述可重构电磁表面接收子阵的重叠阵元进行相位补偿，调整所述可重构电磁表面发射子阵的多通道发射数字波束的相位和所述可重构电磁表面接收子阵的多通道接收数字波束的相位，使不同收发子阵的所述多通道数字合成波束聚焦到三维成像目标区域的不同位置，得到多个收发子阵扫描波束；将所述三维成像目标区域分割为多个平行截面，在每个平行截面上结合所述收发子阵扫描波束的宽波束扫描和所述多通道数字合成波束在所述收发子阵的主瓣内的窄波束扫描得到所述三维成像目标区域的三维成像。2.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述可重构电磁表面发射子阵包括发射馈源、二极管相位控制阵列和天线单元；所述可重构电磁表面接收子阵包括接收馈源、二极管相位控制阵列和天线单元。3.根据权利要求2所述的三维成像方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世勇，赵国强，王硕光，敬汉丹，孙厚军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：