专利名称：基于柱面几何的三维微波成像方法
技术领域：
本发明涉及微波成像技术领域，是基于柱面几何的三维微波成像方法。
技术背景
360°柱面扫描几何的微波成像可对目标进行全方位观测，并能实现对目标的高分辨率三维成像。结合微波特有的穿透特性，基于柱面扫描几何的微波手段非常适合应用于近距隐藏目标的成像和检测，例如目标表面三维成像、无损检测和目标散射特性诊断寸。
相应的，基于该扫描几何的微波成像方法被陆续提出。M. Soumeld1提出了一种基于斜平面Green函数Rmrier分解的三维波数域方法(参考M. Soumekh, "Reconnaissance with Slant plane Circular SAR Imaging,，，IEEE Trans. Image Processing, vol. 5，no. 8，pp. 1252-1265, Aug. 1996.),由于该方法在波数域对目标进行批量操作，因此有很高的效率，缺点是操作复杂，且方法中的近似影响了图像的聚焦质量。J. F. Lopez-Sanchez 等人提出的方法(参考:Fortuny J.，Lopez-Sanchez J. Μ.， Extension of the 3-D range migration algorithm to cylindrical and spherical scanning geometries， “ IEEETrans. on Antennas and Propagation，Vol. 49，No. 10， PP. 1434-1444，2001.)，首先通过波方程分解将柱面扫描数据转换为平面扫描数据，然后用 3DRang Migration Algorithm(RMA)对平面扫描数据进行3D成像。该方法运算效率较高， 但只能用于小角度的柱面扫描几何。这两种方法都是在Cartesian坐标系下对目标进行三维重建的。
上面提到的成像方法虽然运算效率都比较高，都存在近似，且都需要复杂的插值操作。发明内容
本发明的目的是公开一种基于柱面几何的三维微波成像方法，克服了现有技术中缺陷，在圆柱坐标系下对观测目标进行三维重建，实现了全孔径(360° )的快速精确成像， 并且不需要插值操作。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
—种基于柱面几何的三维微波成像方法，其包括步骤如下
步骤Sl 根据发射信号的形式将原始回波变换至距离压缩域。如果发射信号是线性调频信号(Chirp信号)，对获得的回波信号进行距离向压缩，获得信号S1 (r，Φ ‘ ,ζ')， 其中，r为距离空间域，Φ' e
步骤S2:对步骤Sl所得的结果S1 (r，Φ ‘ ,ζ')进行波传播损耗补偿，获得信号 S2(r, Φ ‘，ζ')；
步骤S3:对步骤S2所得的结果も(r，(K , z')作距离向傅里叶变换(FFT)，获 得信号&(Ku，ct ‘，z')，其中Ku = Z3IfA:为波数，f为信号的发射频率，c为光速；步骤S4:对步骤S3所得的结果も(Ku，小'，z')作高度向傅里叶变换，获得信号 S4 (Ku, (t'，Kz)，其中，Kz为高度向波数；步骤S5:对步骤S4所得的结果、(KU，ct'，Kz)作方位向傅里叶变换，获得信号 ^(Ku，KpKz),其中，K41为方位向波数；步骤S6 对步骤S5所得的结果^(Ku，K,, Kz)与聚焦函数
权利要求
1.一种基于柱面几何的三维微波成像方法，其特征在于，包括步骤如下步骤Sl 根据发射信号的形式将原始回波变换至距离压缩域，如果发射信号是线性调频信号，对获得的回波信号进行距离向压缩，获得信号S1 (r，Φ ‘，Z')，其中，r为距离空间域，φ' e WJ3O为天线位置方位角，φ'方向定义为方位向，ζ'为天线位置高度，ζ' 方向定义为高度向；如果发射信号为步进频连续波信号，对获得的回波信号作距离向逆傅里叶变换，获得信号S1 (r，Φ'，ζ')；步骤S2:对步骤Sl所得的结果S1O^cK，ζ')进行波传播损耗补偿，获得信号&(r， Φ' ,ζ')；步骤S3:对步骤S2所得的结果&(Γ，Φ'，ζ')作距离向傅里叶变换，获得信号&(Κω， Φ'，ζ')，其中Κω为波数，f为信号的发射频率，c为光速；步骤S4:对步骤S3所得的结果&(Κω，Φ ‘ , ζ')作高度向傅里叶变换，获得信号 S4(KW, Φ'，Kz)，其中，Kz为高度向波数；步骤S5 对步骤S4所得的结果、(Κω，Φ ‘，Kz)作方位向傅里叶变换，获得信号&(Κω， KpKz),其中，K41为方位向波数；步骤S6 :对步骤S5所得的结果&(Κω，Κφ, Kz)与聚焦函数圪(UiiJz) = G^(UiiJz)Im相乘，获得信号&(KwKpKz)，其中，符号*表示共轭， Pn = ηΔ ρ 为给定的成像圆柱面半径，η = 0，1，2，. .，(Ν-1)，Δ ρ = c/2B, Λ^ = [ρ'/Δρ], ^ρ'/Δρ」表示取ρ ' /Λ ρ的整数部分；步骤S7:对步骤S6所得的结果&(K^K41, Kz)沿1( 积分，获得信号S7(K1^Kz)； 步骤S8 对步骤S7所得的结果&(%，Kz)作方位向和高度向的二维逆傅里叶变换，获得半径为PnW圆柱面上的重建图像/(ρ ,也ζ):
2.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤Sl中的信号S1(r， Φ' ,ζ')，如果发射信号是线性调频信号，其表达式为
3.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S2中的信号
4.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S3中的信号
5.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S4中的信号\(Κω， Φ'，Kz)，表达式为
6.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S5中的信号&(Κω， KpKz),表达式为
7.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S6中的信号
8.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S7中的信号\(Κω， KpKz),表达式为
9.如权利要求8所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述聚焦函数H2(Κω，Κφ,Kz) 的构造方法采用数值方法，具体操作为首先对给定的成像圆柱面半径Pz，生成信号
10.如权利要求1所述的三维微波成像方法，其特征在于，所述步骤S9包括步骤 步骤S91 判断η < Ν-1，是，则返回步骤S6，否，则进入步骤S92 ；步骤S92 进入步骤SlO。
全文摘要
本发明公开了一种基于柱面几何的三维微波成像方法，涉及微波成像技术，该方法通过设计各成像圆柱面对应的聚焦函数，依次完成不同圆柱面上的二维成像，最后实现整个目标区域的三维成像。本发明方法的处理过程没有近似，并且主要操作在高度波数域和方位波数域内进行，无需在三维波数域进行插值，因此可实现精确、高效的三维成像。
文档编号G01S13/89GK102540183SQ20101058788
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者吴一戎, 林贇, 洪文, 王彦平, 谭维贤 申请人:中国科学院电子学研究所