非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置及方法，包括发射机、随机调制平面和接收机；所述的发射机包括信号生成模块与探测机制生成模块；接收机包括接收模块、特征提取及综合模块、数据处理模块、目标定位成像模块；目标定位成像模块根据特征提取及综合模块所获取的目标回波空间分布一阶统计特征综合信息对目标进行定位和图像重构。该发明专利技术大幅提高了目标的测量精度，实现超分辨率成像。突破传统凝视成像分辨率的孔径限制，同时还能实现低信噪比的微弱目标的高精度探测。还能实现低信噪比的微弱目标的高精度探测。还能实现低信噪比的微弱目标的高精度探测。

【技术实现步骤摘要】
非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及计算成像领域，特别涉及一种非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置及方法。

技术介绍

[0002]微波雷达成像技术按照雷达与目标之间的相对运动情况可分为两类：相对静止成像和相对运动成像。其中相对静止成像，即微波凝视成像，包括实孔径成像、相控阵成像和焦平面成像三种形式。微波凝视成像是对特定区域连续且实时的监控，但由于其方位维度的分辨率由天线尺寸大小决定，即受限于孔径尺寸，仅应用于近距离成像场景或者较低分辨率要求的成像场景中，极大限制了微波凝视成像技术的应用与发展。
[0003]上述相对静止成像方法至少存在以下两点问题：天线孔径难以有效扩展，导致系统分辨率较低。从信号接收的角度看，信息获取受限于接收阵列孔径，难以进行有效扩展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置及方法，该方法基于二次调制辐射源，在不增加辐射阵列的情况下，有效扩展二次辐射源口径，从而大幅提高系统的分辨能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置，包括：发射机、随机调制平面和接收机；
[0007]所述的发射机包括信号生成模块与探测机制生成模块；
[0008]所述信号生成模块用于通过参数配置生成发射信号，发射信号传送给探测机制生成模块；
[0009]所述探测机制生成模块用于实现随机或者非随机探测波束的生成、发射功率的监控以及以电磁波形式将发射信号发射；
[0010]所述随机调制平面用于对电磁波信号的幅度和相位进行二次随机调制，使入射波信号散射到各个方向；
[0011]所述的接收机包括接收模块、特征提取及综合模块、数据处理模块及目标定位成像模块；
[0012]所述接收模块用于进行波束扫描并接收目标反射回波，将反射回波转换为数字信号并输出给特征提取及综合模块；
[0013]所述特征提取及综合模块用于完成回波信号空间分布一阶统计特征提取，并在设定的探测次数下针对多次探测信号的特征进行数据综合，将数据传送给数据处理模块；
[0014]所述数据处理模块根据先验信息利用匹配滤波器完成对综合后数据的滤波；
[0015]所述目标定位成像模块用于利用回波信息完成对目标方位的估计，并针对数据处理模块传输的数据，利用快速变换方法进行目标图像重构。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述的信号生成模块还用于通过相控阵天线分配随机或者非随机相位方法生成幅相随机或者非随机需求的信号编码，产生单通道或者多通道信号。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述的探测机制生成模块包括波束成形模块、功率监控模块与发射模块；
[0018]所述波束成形模块用于通过单发源或者随机调制阵列激励生成探测模式；
[0019]所述功率监控模块用于监控探测模式所对应的发射功率；
[0020]所述发射模块用于以电磁波的形式将发射信号发射。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述的波束成形模块具有超材料平面覆层。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述的随机调制平面采用人工随机超表面或者自然环境中粗糙表面。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述的接收模块采用的天线为稀疏大口径阵列，通过在频率维度上离散化的电磁波接收设备完成目标回波的采集。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述目标定位成像模块还用于利用相位恢复算法恢复综合后的信号空间分布一阶统计量的相位。
[0025]一种采用非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置的成像方法，包括以下步骤：
[0026]发射机生成发射信号，产生探测模式，监控各个探测模式的功率，将发射信号以电磁波的形式发送出去；
[0027]发射信号经空间传播形成远区辐射场分布，经过随机调制平面的随机调制及反射，辐射在目标域，目标域产生散射场，经过随机调制平面的二次随机调制及反射，传播至接收机；
[0028]接收机完成目标回波的收集、目标的定位、回波信号空间分布一阶统计特征的综合、匹配滤波器的滤波、快速变换方法实现目标的成像。
[0029]作为本专利技术的进一步改进，所述探测模式包含单波束或者随机探测波束。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，接收机采用稀疏大口径阵列波束扫描接收二次调制回波信号，并根据目标先验知识设计匹配滤波器；还通过相位恢复算法恢复综合后的信号空间分布一阶统计量的相位。
[0031]相对与现有技术，本专利技术具有以下技术效果：
[0032]本专利技术的装置在发射端产生的发射信号编码方式不受限制，可为随机或者非随机信号，只是探测编码效率的不同，经过随机调制平面的二次调制，有效扩展二次辐射源口径，可使时空两维随机辐射场照射在目标平面上，从而大幅提高系统的分辨能力；采用稀疏大口径阵列波束扫描接收二次调制回波信号，波束宽度较窄，采样精度更高；信号空间分布一阶统计量经过综合后，其结果较准确且稳定，有效消除随机调制平面针对回波信号的干扰；根据目标大小、方位等先验知识设计匹配滤波器，极大降低探测次数，提高探测效率，实现低信噪比下的目标检测成像；相位恢复算法恢复综合后的信号空间分布一阶统计量的相位，抗相位扰动，改善图像质量。该专利技术的非相干探测特点为实现超分辨率计算成像提供了基础。该方法基于二次调制辐射源，在不增加辐射阵列的情况下，有效扩展二次辐射源口径，从而大幅提高系统的分辨能力。另外，针对目标回波受到二次随机调制平面的干扰，提
出了基于辐射场一阶统计特征的强度相干成像方法，借助大口径稀疏接收阵列实现了鲁棒高分辨率成像。
[0033]本非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置方法，先通过采用探测模式发射符合目标探测要求的电磁波；再实现电磁波的超视距传播，同时，目标散射场经过二次随机调制，产生时空两维随机的辐射场，为特征提取及综合模块提供更多的信息进行综合；完成目标的定位与目标散射系数分布图像的重构，得到目标的超分辨率成像。利用匹配滤波器，提高探测效率；使用相位恢复算法，抗相位扰动，提升图像质量。
[0034]进一步，该专利技术的装置使得探测过程具有高抗干扰特性，成像算法可以大幅提高成像分辨率超3倍以上；信噪比越低，要求的探测次数越高，时间成本会相应的上升；本专利技术对慢速目标和静止目标均可以实现上述效果。
附图说明
[0035]图1本专利技术所列举实施例的非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置示意图；
[0036]图2本专利技术所举实例的成像场景示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例所提供非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置方法的流程图；
[0038]图4本专利技术所举实例静止目标场景的成像结果。
具体实施方式
[0039]下面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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二次调制的非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置，其特征在于，包括：发射机(1)、随机调制平面(2)和接收机(3)；所述的发射机(1)包括信号生成模块(11)与探测机制生成模块(12)；所述信号生成模块(11)用于通过参数配置生成发射信号，发射信号传送给探测机制生成模块(12)；所述探测机制生成模块(12)用于实现随机或者非随机探测波束的生成、发射功率的监控以及以电磁波形式将发射信号发射；所述随机调制平面(2)用于对电磁波信号的幅度和相位进行二次随机调制，使入射波信号散射到各个方向；所述的接收机(3)包括接收模块(31)、特征提取及综合模块(32)、数据处理模块(33)及目标定位成像模块(34)；所述接收模块(31)用于进行波束扫描并接收目标反射回波，将反射回波转换为数字信号并输出给特征提取及综合模块(32)；所述特征提取及综合模块(32)用于完成回波信号空间分布一阶统计特征提取，并在设定的探测次数下针对多次探测信号的特征进行数据综合，将数据传送给数据处理模块(33)；所述数据处理模块(33)根据先验信息利用匹配滤波器完成对综合后数据的滤波；所述目标定位成像模块(34)用于利用回波信息完成对目标方位的估计，并针对数据处理模块传输的数据，利用快速变换方法进行目标图像重构。2.根据权利要求1所述的非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置，其特征在于，所述的信号生成模块(11)还用于通过相控阵天线分配随机或者非随机相位方法生成幅相随机或者非随机需求的信号编码，产生单通道或者多通道信号。3.根据权利要求1所述的非视距高分辨率微波强度相干凝视成像装置，其特征在于，所述的探测机制生成模块(12)包括波束成形模块(121)、功率监控模块(122)与发射模块(123)；所述波束成形模块(121)用于通过单发源或者随机调制阵列激励生成探测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱士涛，王子斐，张文超，年毅恒，李蝶，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：