一种微波无损成像目标检测方法技术

本发明专利技术公开了一种微波无损成像目标检测方法，基于电磁波成像技术及电磁波逆散射原理，以超宽带微波作为信息探测载体，实现无损重构被测物体3D全息图像。使用电磁波照射被测物体，基于电磁波定性及定量成像技术分析被照射物体的散射电磁波，重构被测物体几何结构及物质特征信息，在保证可长时间安全使用的前提下，能够识别被测目标的特性和种类，且生成被测目标的2D和3D图像。测目标的2D和3D图像。测目标的2D和3D图像。

【技术实现步骤摘要】
一种微波无损成像目标检测方法


[0001]本专利技术涉及电磁波成像
，更具体的说是涉及一种微波无损成像目标检测方法。

技术介绍

[0002]目前，工业常用的成像技术为：1.红外热成像技术；2.超声波成像技术；3.X射线(CT)成像技术；4.核磁共振成像技术等。
[0003](1)红外热成像技术对红外热特征明显的物体具备成像能力，但当目标不含明显红外热特征时，红外成像技术将失去对其的成像能力。
[0004](2)因为超声波在空气中衰减很大，所以对空气环境中目标，该成像技术不适用。
[0005](3)X射线(CT)成像技术，理论上可以实现高精度成像，但X射线对人体有电离辐射危害，不能长时间使用。
[0006](4)核磁共振成像技术，同样可以提供高精度图像，但核磁共振成像对人体有一定的辐射危害。
[0007]因此，如何提供一种环境局限小、测量精度高、安全性高的成像方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种微波无损成像目标检测方法，基于电磁波成像技术及电磁波逆散射原理，以超宽带微波作为信息探测载体，实现无损重构被测物体3D全息图像。微波在空气中的衰减很小，所以不受空气坏境的影响，比如探测墙体后的人员、探测遮挡物后的金属体，且理论上，微波成像技术的成像精度比超声波成像技术的成像精度高。而且本专利技术采用的宽频带低功率微波信号，其满足IEEE(美国工程师协会)802.15.4标准，辐射功率远低于危害人体的辐射限额值，其安全性高，可以被人员长时间使用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种微波无损成像目标检测方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：发射探测微波信号，并采集反射微波信号，在反射微波信号中选取感兴趣的探测区域；
[0012]步骤2：离散网格化探测区域；根据探测微波信号波长网格离散探测区域；
[0013]步骤3：根据离散网格化探测区域，基于探测区域的每个离散网格点与发射点、接收点相对位置构建格林函数，基于格林函数和探测微波信号、反射微波信号构建电磁波信号波动方程组；
[0014]步骤4：对电磁波信号波动方程组采用波恩近似法及匹配滤波器法进行定性分析，获得定性成像结果，完成对目标物体的定性成像；定性成像结果即为目标物体的形状成像结果；
[0015]步骤5：根据对目标物体的定性成像结果，细化目标物体区域的网格，重新构建格
林函数和电磁波信号波动方程组，并采用牛顿坡度优化算法进行定量分析，获得定量成像结果，并对目标物体进行特性判别获得目标物体的物质特性；定量分析即为获得目标物体尺寸数据等；
[0016]步骤6：根据定性成像结果、定量成像结果和物质特性，采用蚁群算法，智能识别目标物体对应的目标物体库中的模型，输出识别模型，完成对目标物体检测识别。
[0017]优选的，所述步骤1的具体实现过程为：
[0018]步骤11：确定信号频率，发射预设频率的探测微波信号；
[0019]步骤12：预设测试背景，并根据测试背景进行定标测试；
[0020]步骤13：设定观测区域，获取定标测试下观测区域的反射微波信号，作为原始信号，原始信号为定标后的纯原始信号；
[0021]步骤14：根据探测微波信号的发射点和反射微波信号的接收点位置选取探测区域。
[0022]优选的，所述步骤4的具体实现过程为：
[0023]步骤41：基于伯恩近似法线性化电磁波信号波动方程组；
[0024]步骤42：采用匹配滤波器法获取线性化后方程组的波动方程近似解，实现快速定性成像，获得定性成像结果。
[0025]优选的，所述步骤5的具体实现过程为：
[0026]步骤51：根据定性成像结果中能量分布重新定义目标区域；
[0027]步骤52：细分网格目标区域，重新构建新格林函数；
[0028]步骤53：基于新格林函数重构新电磁波信号波动方程组；
[0029]步骤54：矩阵化新电磁波信号波动方程组；
[0030]步骤55：基于牛顿梯度法求解矩阵化后的新电磁波信号波动方程组，获得新波动方程组解；
[0031]步骤56：根据新波动方程组解，实现定量成像，获得定量成像结果，并判定目标物体的物质特性，定量成像即获得定性成像的尺寸参数。
[0032]优选的，所述步骤6的具体实现过程为：
[0033]步骤61：调用存储的目标模型电磁波特性库；
[0034]步骤62：基于定性成像结果和定量成像结果采用蚁群算法查询对比目标模型电磁波特性库，计算获得对比度；
[0035]步骤63：根据对比度输出识别模型，作为目标物体模型。对比度排序，选取最高对比度对应的目标模型作为目标物体模型。
[0036]优选的，所述探测微波信号为宽频带低功率微波信号，频段范围为3.1GHz
‑
10.6GHz。
[0037]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种微波无损成像目标检测方法，使用电磁波照射被测物体，基于电磁波定性及定量成像技术分析被照射物体的散射电磁波，识别被测目标的物质特性及种类，重构被测物体几何结构及物质特征信息。本专利技术所采用电磁波处于微波频段，其频率范围为3.1GHz
‑
10.6GHz，该频段具备较高的穿透能力及适合的成像精度，电磁波辐射低，可长时间安全使用，本专利技术方法能够识别被测目标的特性和种类，并且生成2D和3D图像，令显示效果更加直观。
附图说明
[0038]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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0039]图1附图为本专利技术提供的微波成像目标识别方法流程示意图；
[0040]图2附图为本专利技术提供的微波成像目标识别具体流程示意图；
[0041]图3附图为本专利技术提供的手持式微波成像仪下侧面结构示意图；
[0042]图4附图为本专利技术提供的手持式微波成像仪上侧面结构示意图；
[0043]图5附图为本专利技术提供的射频收发机系统模块结构示意图；
[0044]图6附图为本专利技术提供的超宽带环状天线结构示意图；
[0045]图7附图为本专利技术提供的超宽带环状天线仿真效果示意图；
[0046]图8附图为本专利技术提供的超宽带环状天线端口测试S11及增益图示意图。
具体实施方式
[0047]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波无损成像目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：发射探测微波信号，并采集反射微波信号，在反射微波信号中选取的探测区域；步骤2：离散网格化探测区域；根据探测微波信号波长网格离散探测区域；步骤3：根据离散网格化探测区域，基于探测区域的每个离散网格点与发射点、接收点相对位置构建格林函数，基于格林函数和探测微波信号、反射微波信号构建电磁波信号波动方程组；步骤4：对电磁波信号波动方程组采用波恩近似法及匹配滤波器法进行定性分析，获得定性成像结果；步骤5：根据对目标物体的定性成像结果，细化目标物体区域的网格，重新构建格林函数和电磁波信号波动方程组，并采用牛顿坡度优化算法进行定量分析，获得定量成像结果，并对目标物体进行特性判别获得目标物体的物质特性；步骤6：根据定性成像结果、定量成像结果和物质特性，采用蚁群算法，智能识别目标物体对应的目标物体库中的模型，输出识别模型，完成目标物体检测。2.根据权利要求1所述的一种微波无损成像目标检测方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现过程为：步骤11：确定信号频率，发射预设频率的探测微波信号；步骤12：预设测试背景，并根据测试背景进行定标测试；步骤13：设定观测区域，获取定标测试下观测区域的反射微波信号；步骤14：根据探测微波信号的发射点和反射微波信号的接收点位置选取探测区域。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿睿，张辉，王亮，景慧杰，
申请(专利权)人：北京众智信安信息技术研究院，
类型：发明
国别省市：