一种二维近程微波全息成像方法
【专利摘要】本发明公开一种二维近程微波全息成像方法，其通过真实测量或模拟方式获取目标散射场和入射场的参数数据，能够获取更为真实的目标散射场和入射场，从而解决了近程毫米波全息成像技术中假设入射场为球面波或柱面波的不合理性；求解目标图像中利用超定方程组的最小二乘解作为目标函数的二维傅里叶变换，能够扩大成像目标的范围以及提高目标在不同的背景环境下的成像的清晰度和精准度。
【专利说明】一种二维近程微波全息成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波全息成像领域，具体涉及一种二维近程微波全息成像方法。
【背景技术】
[0002] 微波全息是一种快速的反演技术，它由传统的光全息技术延伸而来，主要依靠测 量目标散射场的幅度和相位来获得目标全息图，再经过反演得到目标微波图像。目前，微波 全息成像方法主要为近程毫米波全息成像方法，该方法首先使用球面波或柱面波替代入射 场，并通过设置于目标同一侧的发射和接收天线，采集目标的后向散射数据；然后直接对这 些散射数据进行二维傅里叶变换，再乘上一个相位补偿项；最后对补偿后的结果进行二维 傅里叶反变换后得出重构目标。然而上述方法存在如下不足：（1)由于使用球面波或柱面 波代替入射场，这种替代对于近程成像是不合理的，入射场应是确切的数值形式，所以使得 成像质量下降；（2)由于发射和接收天线一起置于目标一侧，所以只能采集到后向散射数 据，因而成像质量又进一步下降；（3)在目标重构时使用的散射数据和入射场数据未经有 效处理后直接进行傅里叶变换，所得图像模糊分辨率差；(4)目标重构时的成像公式中存 在对X、y方向波数的采样，误差大，且只使用后向散射数据求解目标密度函数，与目标密度 函数的最优解相差较大。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是现有近程微波全息成像方法存在的分辨率低的不 足，提供一种二维近程微波全息成像方法。
[0004] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种二维近程微波全息成像方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，分别设定发射天线和接收天线的X轴和Y轴的起止位置和扫描路径；
[0007] 步骤2,将待重构的目标放置在发射天线和接收天线之间，发射天线、接收天线和 目标组成1个二端口网络，其中发射天线和接收天线作为二端口；
[0008] 步骤3,按照步骤1的设定控制发射天线和接收天线对待重构的目标进行扫描，由 此在每个扫描位置上获得4个S参数；
[0009] 步骤4,去掉待重构的目标，并按照步骤1的设定控制发射天线和接收天线对目标 进行扫描，由此在每个扫描位置上获得4个耦合S参数和4个对应目标平面的近场数据； [0010] 步骤5,将步骤3所得的目标当前位置散射数据即4个S参数分别减去步骤4所得 的4个耦合S参数，得到每个扫描位置的所对应的4个校准S参数；
[0011] 步骤6,将步骤3所得的4个目标平面的近场数据分别代入散射参数计算公式中得 出4个散射参数；
[0012] 步骤7,将步骤5所得的4个校准S参数和所对应的步骤6所得4个散射参数代入 到目标密度参数计算公式中，获得4个超定方程；
[0013] 步骤8,求解步骤7所得的4个超定方程所组成的超定方程组的最小二乘解；
[0014] 步骤9,对步骤8所得的最小二乘解的结果进行二维傅里叶逆变换后获得目标密 度参数，由此重构出目标。
[0015] 上述步骤1中，所述发射天线和接收天线均为半波偶极子天线或喇叭天线。
[0016] 上述步骤3中，采用矩形网格划分方法获得每个扫描位置的4个S参数，即发射和 接收天线扫描Χ、γ轴方向的间隔ΛΧ、Ay作为矩形Χ、γ轴方向网格间距，每个矩形网格对 应即4个S参数。同理，步骤4中，也采用矩形网格划分方法获得每个扫描位置的4个耦合 S参数，即发射和接收天线扫描Χ、Υ轴方向的间隔Λ X、Λ y作为矩形Χ、Υ轴方向网格间距， 每个矩形网格对应4个耦合S参数。
[0017] 上述步骤6中，所述散射参数计算公式为：
【权利要求】
1. 一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，包括如下步骤： 步骤1，分别设定发射天线和接收天线的X轴和Y轴的起止位置和扫描路径； 步骤2,将待重构的目标放置在发射天线和接收天线之间，发射天线、接收天线和目标 组成1个二端口网络，其中发射天线和接收天线作为二端口； 步骤3,按照步骤1的设定控制发射天线和接收天线对待重构的目标进行扫描，由此在 每个扫描位置上获得4个S参数； 步骤4,去掉待重构的目标，并按照步骤1的设定控制发射天线和接收天线对目标进行 扫描，由此在每个扫描位置上获得4个耦合S参数和4个对应目标平面的近场数据； 步骤5,将步骤3所得的目标当前位置散射数据即4个S参数分别减去步骤4所得的4 个耦合S参数，得到每个扫描位置的所对应的4个校准S参数； 步骤6,将步骤3所得的4个目标平面的近场数据分别代入散射参数计算公式中得出4 个散射参数； 步骤7,将步骤5所得的4个校准S参数和所对应的步骤6所得4个散射参数代入到目 标密度参数计算公式中，获得4个超定方程； 步骤8,求解步骤7所得的4个超定方程所组成的超定方程组的最小二乘解； 步骤9,对步骤8所得的最小二乘解的结果进行二维傅里叶逆变换后获得目标密度参 数，由此重构出目标。
2. 根据权利要求1所述的一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，步骤1中，所述 发射天线和接收天线均为半波偶极子天线或喇叭天线。
3. 根据权利要求1所述的一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，步骤3中，采用 矩形网格划分方法获得每个扫描位置的4个S参数，即发射和接收天线扫描X、Y轴方向的 间隔ΛΧ、Ay作为矩形X、Y轴方向网格间距，每个矩形网格对应即4个S参数； 同理，步骤4中，也采用矩形网格划分方法获得每个扫描位置的4个耦合S参数，即发 射和接收天线扫描Χ、Υ轴方向的间隔ΛΧ、Ay作为矩形Χ、Υ轴方向网格间距，每个矩形网 格对应4个耦合S参数。
4. 根据权利要求1所述的一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，步骤6中，所述 散射参数计算公式为：
式中，以X,);,I)为目标在(.U?)位置处的散射参数，D为接收天线的ζ轴位置坐标，e 表示指数函数，j表示复数中的虚数，尽"￡(14，习为(.ν,.ν,?)位置处的目标平面的近场数据，kb为无目标时的散射波数。
5. 根据权利要求1所述的一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，步骤7中，所述 目标密度参数计算公式为：
式中，p(x,jj)为目标在(;?,%?位置处的目标密度参数，表示二维傅里叶反变 换；Esea(kx，ky)为校准S参数的以傅里叶系数为kx、ky的二维傅里叶变换所得结 果，木D为散射参数以傅里叶系数为kx、ky的二维傅里叶变换结果。
6.根据权利要求1所述的一种二维近程微波全息成像方法，其特征是，所述步骤3中目 标当前位置散射数据和步骤4中目标平面的近场数据均通过软件仿真法获得。
【文档编号】G01S13/89GK104459691SQ201410783899
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】王俊义, 劳保强, 龚赟, 符杰林, 李燕龙, 刘争红, 郑霖, 仇洪冰, 王玫, 林基明, 安涛 申请人:桂林电子科技大学, 中国科学院上海天文台