基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置的制造方法

文档序号:10685745阅读:622来源:国知局
基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置。所述方法包括将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号进行去调频处理,得到第一中间信号;消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号,对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中间信号;对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图像。本发明能够缩短重建三维图像所需的时间,同时提高重建图像的精确度。
【专利说明】
基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达成像(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术领域,特别 是涉及基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置。
【背景技术】
[0002] 为了保证公共安全,通常在类似于车站、海关等场所设置有安检系统。目前的安检 系统中包括用于人体检测的金属探测器。其中金属探测器对人体携带的金属制品的探测非 常有效,但对于类似于陶瓷刀具、液体炸药等非金属制品却无能为力。针对此问题,X射线探 测仪虽然能探测出陶瓷刀具、液体炸药等各种违禁品,但其对人体有损害,因此不能应用于 人体安检系统中。
[0003] 针对此情况,目前提出了一种用于人体安检的三维成像安检仪,所述三维成像安 检仪中使用了合成孔径雷达成像技术。常用的合成孔径雷达成像技术是平面合成孔径成像 方法和圆柱合成孔径成像方法,然而这两种合成孔径成像方法的图像重构过程中,都需要 对非均匀的波数域采样数据进行线性插值运算。
[0004] 换句话说,现有的平面合成孔径三维成像算法中,需要通过线性插值运算先将非 均匀的波数域采样数据均匀化,再通过均匀逆傅里叶变换完成三维图像重建。然而在实际 应用中,要得到高质量的重构图像对线性插值运算的精度要求很高,并且由于现有的线性 插值运算本身的运算过程较为繁琐,导致三维图像重建的耗时较长;此外,现有的线性插值 运算还会引入较大插值误差,降低重构图像的精确度。

【发明内容】

[0005] 基于此,本发明提供的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置,能够 缩短重建三维图像所需的时间,同时提高重建图像的精确度。
[0006] 本发明一方面提供基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,包括:
[0007] 将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号 进行去调频处理,得到第一中间信号;
[0008] 消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号;
[0009] 对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中间信号;
[0010] 对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图像。
[0011] 本发明另一方面提供一种基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置,包括:
[0012] 去调频模块,用于将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射 回的原始回波信号进行去调频处理,得到第一中间信号;
[0013] 补偿模块,用于消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号;
[0014]压缩模块,用于对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第 二中间彳目号;
[0015]图像重建模块,用于对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描 目标的三维图像。
[0016] 上述技术方案,通过将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的原始回波信号 进行去调频处理,得到第一中间信号;消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间 信号,对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中间信号;对第三 中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图像。本发明上述实施例 的方案,缩短了重建三维图像所需的时间,降低了插值误差,有利于提高重建图像的精确 度。
【附图说明】
[0017] 图1为一实施例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法的示意性流程图;
[0018] 图2为一实施例的平面合成孔径三维成像的示意图;
[0019] 图3为一实施例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置的示意性结构图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0021] 图1为一实施例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法的示意性流程图; 如图1所示,本实施例中的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法包括步骤:
[0022] S11,将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的原始回波 信号进行去调频处理,得到去调频后的信号(即第一中间信号);
[0023]本发明实施例中,去调频处理的基本思想为:采用与天线的发射信号调频率相同 的线性调频信号,或者天线的发射信号本身作为本振信号,将本振信号进行延时后得到一 个参考信号,将该参考信号与采集到的原始回波信号做共辄混频,原始回波信号与所述参 考信号之间的时间差就可转换为不同的差频频率。
[0024]本发明实施例中,所述发射信号为表示为线性调频信号:
[0026] 对应的所述原始回波信号可表示为:
[0027] sr(x7 ,jf ; t) = 〇(x,y ,z)si(t-Td),
[0029]其中,fQ为发射信号的中心频率,K为调频信号的调频率;,?)为天线孔径 中心的位置坐标,(x,y,z)为被扫描目标的位置坐标,〇(x,y,z)为被扫描目标的反射系数, Td表不发射信号的发出时间与对应回波信号的接收时间两者的时间差,ST( t_Td )为t_Td时 刻的发射信号,T表示发射信号的发出时间,R(T)为T时刻天线孔径中心与被扫描目标之间 的瞬时距离,R(T + Td)表示在T + 时刻天线孔径中心与被扫描目标之间的瞬时距离,C为光 速。
[0030] S12,消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号;
[0031] 去调频后不同频率分量产生了时间上的延迟,导致不同频率分量在时间上没有对 齐,从而在频域上产生一个称为残余视频相位(RVP)的多余相位。若RVP较大,则会造成图像 几何畸变和分辨率损失,因此需要先消除第一中间信号中的残余视频相位。本实施例中,通 过将去调频后的信号与对应的参考信号(第二参考信号)的复共辄相乘,以消除去调频后的 信号中的残余视频相位,得到第二中间信号(即残余视频相位补偿后的信号)。
[0032] S13,对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中间信 号;
[0033] 本实施例中,对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,可得到对 应的非均匀三维频谱信号。
[0034] 优选的,对第二中间信号进行高度向傅里叶变换之后,信号中同时存在高度频率 域和方位向时间域的耦合项(基于上述信号该耦合项为k/vh项),因此在方位向傅里叶变 换之前,还需将高度向傅里叶变换后的信号与预设的第一滤波函数相乘,以除去经过高度 向傅里叶变换后的信号中的所述耦合项的干扰。其中,k/表示/方向的波数,v为天线的扫 描速度,Tn = nTx,Tx为发射脉冲周期(X方向的同一排相邻两列的天线的发射信号时间间 隔),n = 0,l,…,N-1,N为X方向的采样点总数。
[0035] S14,对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图 像。
[0036]优选的,在对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换之前,还需利用驻定相 位原理对所述第三中间信号进行化简,得到化简后信号。由于被积函数的复指数虚部部分 为正弦函数,其在积分区间内对应的积分值为零,实部的余弦函数在积分过程中其正部和 负部的面积相互抵消,积分值接近于零。因此只在对应角度导数为零的附近相位变化小,相 位值长时间滞留使积分显著不为零,该点即为驻定相位点,基于这一原理便可对傅里叶变 换之后的积分式化简。
[0037]进一步的,本发明实施例还对化简后信号进行滤波处理,以提高其信噪比。例如, 可通过天线孔径中心到被扫描目标的场景中心的距离决定的滤波函数对化简后信号进行 滤波处理,以对化简后信号中的散射点的距离弯曲进行校正,从而提高信号的信噪比。 [0038]优选的,可通过如下第二滤波函数对化简后信号进行滤波处理:
[0040] 其中,W,k/分别表示Y y方向的波数,kr为总波数;Rrrf为天线孔径中心到被扫 描目标的场景中心的距离。
[0041] 本实施例中,设定被扫描目标的场景中心为坐标系的原点,用,y',Z')表示天 线孔径中心的位置坐标,(x,y,z)表示被扫描目标的位置坐标。由于(Y 与(x,y,z) 的坐标系相同,则两者可以互换,即本发明实施中X'方向即x方向。y'方向即y方向。通过观 察可以发现,(x,y,z)与
是傅里叶变换对,其中kx,ky,k z分别表示 x,y,z方向的波数,kr为总波数。因此在实际的成像过程,通过在空间域和频率域的离散等 间隔采样得到均匀采样数据,经过对应的二维傅里叶变换和滤波处理之后,得到的信号在 kx,ky,kr波数域是等间隔分布的,但是在与Z方向对应的
域中并非等间隔 分布。此时,要通过傅里叶变换重构图像必须先对信号进行均匀化处理。传统的三维成像算 法为了达到该目的,通过在相应频域上重新采样,然后结合插值运算将信号转换为等间隔 分布的kx,k y,kz波数域网格上,再通过积分运算将单目标信号扩展到面或空间目标,最后将 包含k x,ky,kz的信号通过三维逆傅里叶变换,以重建被扫描目标的三维图像。可见,传统的 三维成像算法中,需先对非均匀的三维频谱信号进行线性插值运算,在得到kx,k y,kz波数域 上均匀分布的信号之后,才能通过三维逆傅里叶变换重建对应的三维图像。然而,由于重建 三维图像对线性插值运算的精度要求较高,并且传统线性插值运算需要在高度向和方位向 多次重复循环进行,导致成像耗时较长。
[0042] 针对这一缺点,本发明实施例直接通过逆非均匀快速傅里叶变换来对信号进行均 匀化处理,其代替了线性插值运算和三维逆傅里叶变换两个运算过程,可更快速实现三维 图像的重建。
[0043] 进一步的,下面以基于平面孔径三维成像的安检成像系统为例,对本发明上述实 施例的三维图像重建方法进行说明。由于一般的平面孔径三维成像中合成孔径的合成包括 两步,即一维线性阵列的横向电子扫描和线性阵列的纵向机械式扫描,因此在本发明实施 例中,选用的天线为一维线性阵列,所述天线的工作模式为水平电子扫描和竖直机械扫描 相结合的模式。
[0044] 在上述的基于平面孔径三维成像的安检成像系统中,设定被扫描目标的场景中心 为坐标系的原点,用(Y ,zy表示天线孔径中心的位置坐标,用(x,y,z)表示被扫描目标 的位置坐标,用〇(x,y,z)表示被扫描目标的反射系数。设定天线的发射信号为线性调频信 号st(t),表不为:
[0046] 其中,fQ为发射信号的中心频率,K为调频信号的调频率。
[0047] 用ST(t-Td)表示t-id时刻的发射信号,对应的,采集到的原始回波信号W y ; t)可表示为:
[0048] sr(x7 ,y7 ; t) = 〇(x,y,z)si(t-Td);
[0050]其中,t表不发射信号的发射时间,Td表不发射信号的发出时间与对应回波信号的 接收时间两者的时间差,R(t)为切寸刻天线孔径中心与被扫描目标之间的瞬时距离,RG+ Td)表示在T + Td时刻天线孔径中心与被扫描目标之间的瞬时距离,c为光速。
[0051] 可以理解的是,由于在安检成像系统中天线孔径中心和被扫描目标之间的距离通 常很近,因此还有
[0052] 基于上述应用场景,本发明的三维图像重建方法包括以下几个过程:
[0053]过程一,对采集到的原始回波信号sW;t)进行去调频处理。处理过程如下: [0054]将所述发射信号作为本振信号,进行时间长度为^的延时处理之后,作为去调频 参考信号,具体为:
[0055] SL(t) = exp( j23Tf〇(t-Tc) + j3lK(t-Tc)2);
[0056] 将去调频参考信号SL(t)与所述原始回波信号srU' ;t)进行共辄混频,可得到 第一中间信号为:
[0058]过程二,消除第一中间信号中存在的残余视频相位(RVP)。
[0059] 去调频之后不同频率分量之间产生了时间延迟,在时间上是没有对齐,从而会在 频域产生一个多余相位,即残余视频相位RVP。若该项过大,会造成重建图像的几何畸变和 图像分辨率的损失,并且RVP项还会对后续处理带来很多不便,因此在执行后续处理之前要 去除RVP项。本实施例中,将第一中间信号与预设的第二参考信号的复共辄相乘,以消除第 一中间信号中的残余视频相位,所述第二参考信号为:
[0060] sc(t) = exp(-j3TK(t-xc)2);
[0061] 用该参考信号的复共辄与第一中间信号相乘,可得到补偿之后的信号(即第二中 间信号)为:
[0063] 过程三,对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换;其中,高度向和 方位向可参考图2所示的坐标系。
[0064] 首先,需将原始发射信号的发射时间表示为t = Wt = nTx+mTy+t。其中,Tx和Ty 分别为发射脉冲周期(同一排相邻两列的天线的发射信号时间间隔)和y方向的采样周期 (同一列相邻两排的天线的发射信号时间间隔),n = 0,l,…,N-l;m = 0,l,…,M-1,N为天线 阵列单元数(即x方向的采样点总数),M为y方向的采样点总数,^为7方向的采样总时间。
[0065] 将以上发射时间表示代换带入第二中间信号.(,.vV)的表达式中,并对信号沿 X'方向和7/111(7/111 = ¥1:111 = ¥11^)方向进行二维傅立叶变换,可得第三中间信号:
[0068]其中,R。表示去调频参考信号所对应的参考距离,即当前的发射天线到被扫描目 标的场景中心的距离,Rc=ck/2。
[0069]将f = K(t_h)代入第三中间信号的表达式,并利用驻定相位原理化简求解,即在 相位0(1^,k/ 一阶偏微分为零的驻定相位点对相位进行求解,包括:

[0072]求得在驻定相位点'对应的值,代入〇(kx',k/ ,/〇")可得到化简后信号:
[0075]过程四,通过Rrrf相关的第二滤波函数对化简后信号进行滤波处理,以对化简后信 号的散射点的距离弯曲进行校正,从而提高信号的信噪比;所述第二滤波函数可为:
[0077] W,k/分别表示V,/方向的波数,kr为总波数;Rrrf为天线孔径中心到被扫描目标 的场景中心的距离,即聚焦过程中的参考距离;
[0078] 滤波后可得剞信号:
[0081] 其中,心二-乂,R〇表示天线到坐标原点的距离,v为天线的扫描速度。
[0082] 在上述的高度向和方位向进行傅里叶变换过程中,由于中间信号中同时存在高度 频率域和方位向时间域的k/ vh项的干扰,所以在高度向傅里叶变换之后,方位向傅里叶变 换之前,还需将高度向傅里叶变换后的信号与第一滤波函数相乘,以除去高度向傅里叶变 换后的信号中的k/vh项干扰;其中,所述第一滤波函数为:
[0084]其中,y' m=vTm,k/表示y'方向的波数,kr为总波数;Rc表示所述去调频参考信号对 应的参考距离;Tn=nTx,Tx为发射脉冲周期,n = 0,1,…,N-l,N为x方向的采样点总数。
[0085] 进行方位向傅里叶变换之后,再将方位向傅里叶变换后的信号与第二滤波函数相 乘,以对散射点的距离向弯曲进行校正。
[0086] 过程五,对过程四得到的信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,由此得到被扫描目 标的三维图像。
[0087] 本发明实施例中,由于(Y,/,^)与(x,y,z)的坐标系相同,两者可以互换,通过 对过程四滤波处理后的信号进行观察可以发现,(x,y,z)与
是傅 里叶变换对。在实际的成像过程,通过在空间域和频率域的离散等间隔采样可以得到均匀 采样数据,并且经过上面的二维傅里叶变换和滤波处理之后,信号在kx,ky,kr域是等间隔分 布的,但是在与Z方向对应的
域中并非等间隔分布。本发明实施例通过采 用非均匀快速傅里叶变换来代替插值运算和逆傅里叶变换对过程四得到的信号进行处理, 相对于传统的成像方法,可更快速的实现三维图像的重建。
[0088] 本发明实施例中,针对过程四得到的在
域中非等间隔分布的信 号,利用逆非均匀快速傅里叶变换算法对进行处理,得到被扫描目标的三维重构图像。具体 过程包括:
域非均匀信号做一维非均匀逆傅里叶变换,再对得到的 信号进行二维逆傅里叶变换,最终得到三维重构图像。
[0089] 其中,一维非均匀逆傅里叶变换过程为:
[0090] 对非均匀信号Xn,n = 0,l,…N-1,相应的傅里叶变换为:
[0092]要想得到均匀分布的X(co),在得到傅里叶系数之前需要先对插值系数{u>}做计 算,可得到傅里叶系数计算公式:
[0094] ^表示第1个傅里叶系数,插值系数{ujk}的总数与差值倍数有关,例如2倍差值,则 插值系数{叫}的总是为2N。
[0095] 利用上述傅里叶系数进行均匀的傅里叶变换:
[0097] 对上式进行变标处理,即可得到均匀分布的信号心,s卩;^ ;其中,&表示变 标因子。
[0098] 因此将上述过程应用到本发明实施例中,可以简写为:
[0099] SF(kx',k/,z;Rc) = INUFFTz(Sf(W,k/,kr;Rc))。
[0100] 然后再对信号SF(W,k/,z;R。)沿x,y方向进行逆傅里叶变换,即可得到被扫描目 标的三维重构图像:
[0101] f(x,y,z) = IFFTx,y(SF(kx,,k/,z;Rc))。
[0102] 本发明实施例通过逆非均匀快速傅里叶变换算法即可完成从非均匀分布频域信 号到三维图像重建的流程,这是对传统算法的重要改进。缩短重建三维图像所需的时间,同 时提高重建图像的精确度。
[0103] 需要说明的是,这一算法不但可以应用到平面合成孔径三维成像算法中,在圆柱 合成孔径三维成像等场景中也可适用。
[0104] 需要说明的是,对于前述的方法实施例,为了简便描述,将其都表述为一系列的动 作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据 本发明,某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
[0105] 基于与上述实施例中的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法相同的思想, 本发明还提供基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置,该装置可用于执行上述基于合 成孔径雷达成像的三维图像重建方法。为了便于说明,基于合成孔径雷达成像的三维图像 重建装置实施例的结构示意图中,仅仅示出了与本发明实施例相关的部分,本领域技术人 员可以理解,图示结构并不构成对装置的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组 合某些部件,或者不同的部件布置。
[0106] 图3为本发明一实施例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置的示意性结 构图;如图3所示,本实施例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置包括:去调频模 块310、补偿模块320、压缩模块330以及图像重建模块340,各模块详述如下:
[0107]上述去调频模块310,用于将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目 标反射回的原始回波信号进行去调频处理,得到第一中间信号;
[0108] 优选的,所述去调频模块310具体包括:延时子模块,用于将天线的发射信号作为 本振信号,将所述本振信号进行延时处理得到对应的去调频参考信号;以及,去调频子模 块,用于将所述去调频参考信号与采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号进行共辄混 频,得到第一中间信号。
[0109] 补偿模块320,用于消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号;
[0110] 压缩模块330,用于对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到 第二中间彳目号;
[0111] 图像重建模块340,用于对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫 描目标的三维图像。
[0112] 优选的,上述图像重建模块340具体包括:化简求解子模块,用于利用驻定相位原 理对所述第三中间信号进行化简,得到化简后信号;并对所述化简后信号进行滤波处理,以 提高其信噪比;以及,图像重建子模块,用于对化简求解子模块输出的滤波处理处理后的信 号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图像。
[0113]需要说明的是,上述示例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置的实施方 式中,各模块之间的信息交互、执行过程等内容,由于与本发明前述方法实施例基于同一构 思,其带来的技术效果与本发明前述方法实施例相同,具体内容可参见本发明方法实施例 中的叙述,此处不再赘述。
[0114] 此外,上述示例的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置的实施方式中,各 功能模块的逻辑划分仅是举例说明,实际应用中可以根据需要,例如出于相应硬件的配置 要求或者软件的实现的便利考虑,将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将所述基于 合成孔径雷达成像的三维图像重建装置的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描 述的全部或者部分功能。其中各功能模既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能 模块的形式实现。
[0115] 本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可 以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介 质中,作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时,可执行如上述各方法的实施例的全 部或部分步骤。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,R0M)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
[0116]在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部 分,可以参见其它实施例的相关描述。可以理解,其中所使用的术语"第一"、"第二"等在本 文中用于区分对象,但这些对象不受这些术语限制。
[0117]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,不能理解为对本发明专利范围 的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下, 还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围 应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,包括: 将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号进行 去调频处理,得到第一中间信号; 消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号; 对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中间信号; 对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标的三维图像。2. 根据权利要求1所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,将 天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号进行去调频 处理,得到第一中间信号,包括: 将天线的发射信号作为本振信号,将所述本振信号进行延时处理得到对应的去调频参 考f目号; 将所述去调频参考信号与采集到的被扫描目标反射回的原始回波信号进行共辄混频, 得到第一中间信号。3. 根据权利要求2所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,所 述发射信号为线性调频信号:对应的所述原始回波信号为: sr(x7 ,y7 ;t)=〇(x,y,z)sT(t-Xd),其中,f〇为发射信号的中心频率,K为调频信号的调频率;为天线孔径中心的 位置坐标,(x,y,z)为被扫描目标的位置坐标,〇(x,y,z)为被扫描目标的反射系数,Td表示 发射信号的发出时间与对应回波信号的接收时间两者的时间差,ST( t-Td )为t-Td时刻的发 射信号,T表不发射信号的发出时间,R ( T )为T时刻天线孔径中心与被扫描目标之间的瞬时 距离,R(T + Td)表示在T + W时刻天线孔径中心与被扫描目标之间的瞬时距离,C为光速; 将所述发射信号进行延时处理,用参数T。表示延迟时间,得到对应的去调频参考信号; 将所述去调频参考信号与所述原始回波信号进行共辄混频,得到第一中间信号:4. 根据权利要求3所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,消 除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号,包括: 将第一中间信号与预设的第二参考信号的复共辄相乘,以消除第一中间信号中的残余 视频相位,得到第二中间信号; 其中,所述第二参考信号为: Sc(t) =exp(-j3iK(t-Tc)2);5. 根据权利要求3所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,所 述对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换的过程中还包括:将高度向傅里叶变换后的信号与预设的第一滤波函数相乘,以除去信号中的高度向和 方位向的耦合项的干扰。6. 根据权利要求5所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,所 述第一滤波函数为:其中,y' m=vTm,k/表示y'方向的波数,kr为总波数;R。表示所述去调频参考信号对应的 参考距离;Tn=nTx,Tx为发射脉冲周期,n = 0,1,…,N-l,N为x方向的采样点总数。7. 根据权利要求5所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,所 述对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,之前还包括: 利用驻定相位原理对所述第三中间信号进行化简,得到化简后信号;并对所述化简后 信号进行滤波处理,以对化简后信号中的散射点的距离弯曲进行校正。8. 根据权利要求7所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法,其特征在于,所 述对所述化简后信号进行滤波处理,包括: 通过预设的第二滤波函数对所述化简后信号进行滤波处理,所述第二滤波函数为:W,k/分别表示Y 方向的波数,kr为总波数;Rrrf为天线孔径中心到被扫描目标的场 景中心的距离。9. 一种基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置,其特征在于,包括: 去调频模块,用于将天线的发射信号作为本振信号,对采集到的被扫描目标反射回的 原始回波信号进行去调频处理,得到第一中间信号; 补偿模块,用于消除第一中间信号中的残余视频相位,得到第二中间信号; 压缩模块,用于对第二中间信号先后进行高度向和方位向的傅里叶变换,得到第三中 间信号; 图像重建模块,用于对第三中间信号进行逆非均匀快速傅里叶变换,得到被扫描目标 的三维图像。10. 根据权利要求9所述的基于合成孔径雷达成像的三维图像重建装置,其特征在于, 所述去调频模块包括: 延时子模块,用于将天线的发射信号作为本振信号,将所述本振信号进行延时处理得 到对应的去调频参考信号; 去调频子模块,用于将所述去调频参考信号与采集到的被扫描目标反射回的原始回波 信号进行共辄混频,得到第一中间信号; 所述图像重建模块包括: 化简求解子模块,用于利用驻定相位原理对所述第三中间信号进行化简,得到化简后 信号;并对所述化简后信号进行滤波处理,以提高其信噪比; 图像重建子模块,用于对化简求解子模块输出的信号进行逆非均匀快速傅里叶变换, 得到被扫描目标的三维图像。
【文档编号】G01S13/90GK106054183SQ201610338616
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】郭令霞, 祁春超, 陈寒江, 吴光胜, 赵术开, 丁庆
【申请人】深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司, 深圳市无牙太赫兹科技有限公司
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