一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置，该方法步骤包括，发出频率线性变化的扫频信号并接收经待测物反射的回波信号；其中，在发出扫频信号的同时，对待测物进行旋转；扫频信号对待测物进行垂直扫描，并且在预设的方位角度范围内，扫频信号在垂直方向上反复扫描至少一个来回；对待测物的不同旋转方位角、不同垂直位置的回波信号进行采样，得到所有方位角下的采样点回波数据；根据回波数据采用三维重建算法构建三维图像；该系统包括收发天线对、竖直方向导轨、转台和数据处理终端；本发明专利技术采用垂直扫描、方位旋转同步运动的散射测量模型进行三维成像，有效地缩短了测量时间，该测量方法的动态范围可达3

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置


[0001]本专利技术涉及三维成像
，更具体的说是涉及一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置。

技术介绍

[0002]隐身技术自20世纪70年代被公开以来受到了各个国家的高度重视，拥有高隐身性能的武器在战争中可以有效的隐藏自己，成为现代战争中先敌发现、先敌打击的利器之一，而隐身性能的维护及维修是关系到其实际作战效果的关键因素。
[0003]飞机在出厂时能够保持一个较好的状态，使用一段时间后，甚至一次起飞/降落过后，都有可能发生变化，从而导致隐身飞机整体隐身性能的恶化，因此需要对飞机的隐身特性进行定期维护，保证其满足隐身指标要求。对于服役阶段的飞机，训练或者战斗任务繁重，不支持过长时间测量，并且往往需要在场地条件有限的情况下完成隐身性能评估。因此，亟需解决在役战机的快速隐身性能检测问题。
[0004]目前对真实隐身飞机整体隐身性能检测主要依靠动态飞行，检测周期较长、测试成本较高，无法满足飞机日常维护检测需求。对此，各国加紧投入大量人力、物力，开展针对全尺寸飞机近场RCS测试技术、方法和系统的研究。在近场RCS测试时，主要采用平面扫描法、柱面扫描法以及柱面场方法。其中，柱面场方法测试条件不易搭建，圆柱近场扫描实际上只有一维的直线扫描，与平面扫描比较速度要快许多倍，因此，平面扫描法和柱面扫描法不适用于在役战机的日常维护测试。F
‑
35隐身能力近场测试试验室采用柱面扫描法测试1架F
‑
35飞机大约需要1个工作日，这种方法测试时间过长，不满足在役战机的测试需求。
[0005]在室外测试过程中，飞机的架设方式要么是较大的泡沫支架，要么是飞机起落架，这两种支撑方式本身散射都比飞机散射大，如果不能有效消除将无法在简单支撑的条件下完成飞机隐身性能评估。从二维成像中消除支架散射会同时消掉一部分飞机本身散射，影响飞机散射特性测量精度。三维成像可获得散射源的三维空间分布，对位于飞机下方的支架散射能起到分离效果，并且保留飞机本身散射。因此，采用三维成像散射测量方法来评估整机隐身特性是非常必要的。
[0006]因此，如何提供一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法及装置，采用垂直扫描、方位旋转同步运动的散射测量模型进行三维成像，有效地缩短了测量时间；然后采用三维重构算法对简单散射点目标进行仿真计算，验证采用该测量模型成像的可行性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，步骤包括，
[0010]发出频率线性变化的扫频信号并接收经待测物反射的回波信号；
[0011]其中，在发出所述扫频信号的同时，对所述待测物进行旋转；所述扫频信号对所述待测物进行垂直扫描，并且在预设的方位角度范围内，所述扫频信号在垂直方向上反复扫描至少一个来回；
[0012]对所述待测物不同旋转方位角、不同垂直位置的回波信号进行采样，得到所有方位角下的采样点回波数据；
[0013]根据所述回波数据采用三维重建算法构建三维图像。
[0014]进一步的，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性步进或线性调频；所述扫频信号的频率区间为300MHz～110GHz，在所述频率区间内，设置线性变化范围，所述扫频信号从所述线性变化范围的最低频率开始增长，直至增长到最高频点。
[0015]进一步的，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性步进时，所述线性变化方式包括：设定步进频率范围和步进间隔，从最低频率开始，等间隔增长，直至增长到最高频点。
[0016]进一步的，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性调频时，所述线性变化方式包括：设定扫频带宽和扫描时间，从最低频率开始连续增长，直至增长到最高频点。
[0017]进一步的，所述扫频信号的发出点在垂直方向上的移动范围在0.4m～16m之间，根据测量需要选择对应长度的导轨，例如X波段，目标距离导轨2m时，导轨长度为0.6m，垂直扫描间隔为0.02m。
[0018]进一步的，所述旋转方位角的旋转角度范围在2
°
～190
°
之间，根据测量需要选择对应的旋转角度范围，例如方位孔径角为15
°
，旋转角度间隔为0.2
°
或0.035
°
。
[0019]进一步的，还包括对所述三维图像进行验证；
[0020]确认仿真参数并将仿真参数输入至预先构建的仿真检测模型，得到仿真三维图像；
[0021]根据仿真参数计算回波信号电场值并根据所述回波信号电场值，生成标准图像；
[0022]将所述标准图像与所述仿真三维图像进行比对，根据图像动态范围来验证所述三维图像的质量。
[0023]进一步的，所述仿真检测模型的仿真步骤包括，所述待测物静止不动，所述扫频信号进行扫描的同时，控制所述扫频信号的发出点以所述待测物为中心做圆周运动。
[0024]进一步的，所述计算回波信号电场值包括，计算所述仿真检测模型中所述扫频信号发出点到预设散射点的空间距离；根据所述所述仿真参数和所述空间距离计算得到每个散射点所对应的回波信号电场值。
[0025]一种基于扫描选择同步的快速三维成像装置，包括收发天线对、竖直方向导轨、转台和数据处理终端；
[0026]所述收发天线对，用于发出频率线性变化的扫频信号并接收经待测物反射的回波信号；
[0027]所述竖直方向导轨，用于为所述收发天线提供竖直方向上的运动轨道；
[0028]所述转台，用于固定所述待测物；
[0029]所述数据处理终端用于控制所述扫频信号对所述待测物进行垂直扫描，获取所述待测物不同垂直位置的回波信号，并且在预设的方位角度范围内，控制所述收发天线对在所述竖直导轨上反复扫描至少一个来回；
[0030]用于在发出所述扫频信号的同时，控制所述转台进行旋转，便于获取所述待测物不同旋转方位角的回波信号；
[0031]用于对所述待测物的不同旋转方位角、不同垂直位置的回波信号进行采样，得到所有方位角下的采样点回波数据；
[0032]根据所述回波数据采用三维重建算法构建三维图像。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，专利技术公开提供了一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，采用垂直扫描、方位旋转同步运动的散射测量模型，与满空间柱面扫描法相比，该模型有效缩短了测量时间。以散射点目标为例，通过仿真计算也验证了该测量模型能够实现三维成像的可行性，根据扫描速度的不同，成像动态范围可达到3dB—12.5dB可分辨。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，步骤包括，发出频率线性变化的扫频信号并接收经待测物反射的回波信号；其中，在发出所述扫频信号的同时，对所述待测物进行旋转；所述扫频信号对所述待测物进行垂直扫描，并且在预设的方位角度范围内，所述扫频信号在垂直方向上反复扫描至少一个来回；对所述待测物不同旋转方位角、不同垂直位置的回波信号进行采样，得到所有方位角下的采样点回波数据；根据所述回波数据采用三维重建算法构建三维图像。2.根据权利要求1所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性步进或线性调频；所述扫频信号的频率区间为300MHz～110GHz，在所述频率区间内，设置线性变化范围，所述扫频信号从所述线性变化范围的最低频率开始增长，直至增长到最高频点。3.根据权利要求2所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性步进时，所述线性变化方式包括：设定步进频率范围和步进间隔，从最低频率开始，等间隔增长，直至增长到最高频点。4.根据权利要求2所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，所述扫频信号的频率线性变化方式为线性调频时，所述线性变化方式包括：设定扫频带宽和扫描时间，从最低频率开始连续增长，直至增长到最高频点。5.根据权利要求1所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，所述扫频信号的发出点在垂直方向上的移动范围在0.4m～16m之间。6.根据权利要求1所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像方法，其特征在于，所述旋转方位角的旋转角度范围在2
°
～190
°
之间。7.根据权利要求1所述的一种基于扫描旋转同步运动的快速三维成像...

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