【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁散射反演领域，具体涉及一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法及系统。
技术介绍
1、电磁逆散射问题，即电磁反演问题，是基于目标散射场的信息计算得到目标的相对介电常数并反演出目标的特征。反演技术已在医疗成像、穿墙雷达等诸多领域得到了广泛的应用。
2、但目前为止，如何有效的解决反演计算的可靠性和计算效率仍然是一个挑战。常用的方法包括各种非线性迭代方法、深度学习方法和线性化方法。其中，基于已知确定和随机的非线性迭代方法取得了较好的结果，但是仍然存在巨大的计算量的问题。此外，基于神经网络的深度学习技术被大家越来越关注，例如中国专利公开号cn114255293a公开的一种基于深度学习求解高度非线性逆散射问题的快速成像方法，虽然可以提高精度和效率，但因泛化能力较差而没有得到很好的应用。衍射断层扫描(diffraction tomography,dt)是求解电磁反演问题的一种线性方法，而且能够计算出可检索的信息内容与测量配置之间的关系，这对反演系统涉及具有重要的意义。
3、在弱散射假设的基础上，某一特定频率下的对比度空间谱是散射场数据的线性映射。虽然使用更多的频率可以得到更好的噪声抑制性能，但是在多频率数据情况下，空间谱的混叠会变得严重，给定量反演带来了重构误差，定量反演精度较低。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，以提高定量反演精度。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述
3、步骤1、基于天线阵列结构，构建反演计算数学模型；
4、步骤2、基于天线阵列结构向待测物体发射电磁波并接收经待测物体反射回来的回波信号；
5、步骤3、对待测物体的回波信号进行水平和垂直方向的快速傅里叶变换，然后进行插值得到状态谱域坐标；
6、步骤4、对天线阵列信号的空间谱进行一次反演，得到nf个频率的解耦后的相对介电常数和磁导率；
7、步骤5、对多频率下的空间谱修正，得到修正后的相对介电常数和磁导率并进行二维傅里叶反变换，从而得到待测物体的图像结果。
8、进一步地，所述步骤1中构建反演计算数学模型，包括：
9、设置天线阵列结构，天线阵列结构包括若干个阵列单元，每个阵列单元包括发射天线和接收天线，发射天线照射目标物体并经过自由空间传播后，接收天线检测目标物体散射后的总场，并根据标量格林函数展开，从而形成反演计算数学模型。
10、进一步地，所述步骤4包括：
11、步骤4.1、构建相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数；
12、步骤4.2、基于相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数，对天线阵列信号进行二维傅里叶变换，得到nf个频率的解耦后的相对介电常数和磁导率
13、更进一步地，所述步骤4.1包括：
14、基于状态谱域坐标，利用dt方法在某一频率下得到相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数，如下所示：
15、
16、其中，ρ＝(x,z)对应阵元坐标，x是水平方向的坐标，z是垂直方向的坐标，ωn为第n个频率下的角频率，j为复数域符号形式，n是频率点个数且n＝0,1,…,nf，∈0为自由空间的介电常数，∈rb为自由空间的相对介电常数；∈rn(ρ)和σn分别为在第n个频率点下基于dt算法估计得到的相对介电常数和磁导率。
17、更进一步地，所述步骤5包括：
18、步骤5.1、将天线阵列信号的空间谱中可达的最大幅值，重叠区域的频谱由最大幅值确定；
19、步骤5.2、当频带范围为窄带时，每个频率下的相位视为一样的，即φn＝φ；考虑噪声干扰时，每个频率下的相位φn＝φ+δφ，δφ为干扰相位；当频带范围为宽带时，则每个频率下的相位不一样，通过考虑权重因子、最大幅值和相位信息，根据下列公式得到修正后的相对介电常数和磁导率如下所示：
20、
21、
22、其中，对应第n个频率下的介电常数权重因子，且对应第n个频率下的磁导率权重因子，且和分别表示介电常数频谱下的相位信息和最大幅值。和分别为磁导率频谱下的相位信息和最大幅值。
23、步骤5.3、对修正后的相对介电常数和磁导率进行二维傅里叶反变换，最后得到相对介电常数和磁导率得到待测物体的相对介电常数和磁导率的图像结果。
24、本专利技术还提供一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，包括：
25、模型构建模块，用于基于天线阵列结构，构建反演计算数学模型；
26、探测模块，用于基于天线阵列结构向待测物体发射电磁波并接收经待测物体反射回来的回波信号；
27、线性映射模块，用于对待测物体的回波信号进行水平和垂直方向的快速傅里叶变换，然后进行插值得到状态谱域坐标；
28、空间谱解耦模块，用于对天线阵列信号的空间谱进行一次反演，得到nf个频率的解耦后的相对介电常数和磁导率；
29、空间谱修正模块，用于对多频率下的空间谱修正，得到修正后的相对介电常数和磁导率并进行二维傅里叶反变换，从而得到待测物体的图像结果。
30、进一步地，所述模型构建模块中构建反演计算数学模型，包括：
31、设置天线阵列结构，天线阵列结构包括若干个阵列单元，每个阵列单元包括发射天线和接收天线，发射天线照射目标物体并经过自由空间传播后，接收天线检测目标物体散射后的总场，并根据标量格林函数展开，从而形成反演计算数学模型。
32、更进一步地，所述空间谱解耦模块，包括：
33、函数构建单元，用于构建相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数；
34、解耦单元，用于基于相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数，对天线阵列信号进行二维傅里叶变换，得到nf个频率的解耦后的相对介电常数和磁导率
35、更进一步地，所述函数构建单元，还用于：
36、基于状态谱域坐标，利用dt方法在某一频率下得到相对介电常数χ∈n和磁导率χσn函数，如下所示：
37、
38、其中，ρ＝(x,z)对应阵元坐标，x是水平方向的坐标，z是垂直方向的坐标，ωn为第n个频率下的角频率，j为复数域符号形式，n是频率点个数且n＝0,1,…,nf，∈0为自由空间的介电常数，∈rb为自由空间的相对介电常数；∈rn(ρ)和σn分别为在第n个频率点下基于dt算法估计得到的相对介电常数和磁导率。
39、更进一步地，所述空间谱修正模块，包括：
40、幅值确定单元，用于将天线阵列信号的空间谱中可达的最大幅值，重叠区域的频谱由最大幅值确定；
41、修正单元，用于当频带范围为窄带时，每个频率下的相位视为一样的，即φn＝φ；考虑噪声干扰时，每个频率下的相位φn＝φ+δφ，δχ为干扰相位；当频带范围为宽带时，则每个频率下的相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤1中构建反演计算数学模型，包括：
3.根据权利要求1所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤4包括：
4.根据权利要求3所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤4.1包括：
5.根据权利要求4所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤5包括：
6.一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，其特征在于，所述模型构建模块中构建反演计算数学模型，包括：
8.根据权利要求6所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，其特征在于，所述空间谱解耦模块，包括：
9.根据权利要求8所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，其特征在于，所述函数构建单元，
10.根据权利要求9所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正系统，其特征在于，所述空间谱修正模块，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤1中构建反演计算数学模型，包括：
3.根据权利要求1所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤4包括：
4.根据权利要求3所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤4.1包括：
5.根据权利要求4所述的一种弱散射体的定量衍射断层扫描混叠修正方法，其特征在于，所述步骤5包括：
6.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊，凌未，岳华，阚宏伟，聂明宇，胡紫珊，汪瑜，
申请(专利权)人：数据空间研究院，
类型：发明
国别省市：
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