專利名稱：基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方 法，通過旋轉(zhuǎn)天線陣列獲取觀測(cè)目標(biāo)的三維微波圖像。
背景技術(shù)：
基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)近距離觀測(cè)目標(biāo)的三維分辨 成像，獲取觀測(cè)目標(biāo)的微波三維圖像，進(jìn)而獲取觀測(cè)目標(biāo)的三維微波散射特性、表面信息和 形體數(shù)據(jù)。該方法不僅可以用于人體表面信息及三維形體數(shù)據(jù)獲取，而且能夠用于雷達(dá)目 標(biāo)診斷，獲取目標(biāo)的三維空間散射特性分布信息。與可見光、紅外和X射線等技術(shù)相比，在 人體表面信息及三維形體數(shù)據(jù)獲取方面，微波具有穿透衣物等重要優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用非電離 輻射，且功率低，不對(duì)人體造成傷害。在雷達(dá)目標(biāo)診斷方面，微波三維成像是進(jìn)行高精度目 標(biāo)診斷的重要發(fā)展趨勢(shì)，由于常規(guī)的微波暗室數(shù)據(jù)獲取時(shí)間長(zhǎng)，很難在短時(shí)間(< I分鐘) 內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，因此，需要一種快速的微波三維成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。
美國(guó)專利(專利號(hào)5557283, “Real-time Wideband Holographic Surveillance System”，1996)描述了一種用于人體安全檢測(cè)的成像系統(tǒng)，但該系統(tǒng)采用一個(gè)線性天線陣 列沿直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取；信號(hào)發(fā)射模塊中的信號(hào)產(chǎn)生采用壓控振蕩器，但在快速信號(hào) 產(chǎn)生中，信號(hào)頻率的精度受到限制，此外，該系統(tǒng)也只采用步進(jìn)掃頻連續(xù)波信號(hào)；天線陣列 采用線性天線陣列；成像處理主要采用針對(duì)線性天線陣列沿直線運(yùn)動(dòng)形成平面合成孔徑的 二維成像算法。
美國(guó)專利(專利號(hào)5859609, “Real-time Wideband Cylindrical Holographic Surveillance System”, 1999)描述了一種用于人體安全檢測(cè)的成像系統(tǒng),該系統(tǒng)采用一 個(gè)線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲??；信號(hào)發(fā)射模塊中的信號(hào)產(chǎn)生采用壓控振蕩器， 但在快速信號(hào)產(chǎn)生中，信號(hào)頻率的精度受到限制，此外，該系統(tǒng)也只采用步進(jìn)掃頻連續(xù)波信 號(hào)；信號(hào)接收采用差頻；天線陣列采用線性天線陣列；成像處理主要采用針對(duì)線性天線陣 列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成柱面合成孔徑的三維成像算法。
歐洲專利(專利號(hào)EP 0925517B1, “Real-time Wideband Cylindrical Holographic Surveillance System”, 2001)針對(duì)線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成柱面合 成孔徑的三維成像算法以及圖像連續(xù)顯示進(jìn)行了描述。美國(guó)專利(專利號(hào)6507309B2， “Interrogation of an Object for Dimensional and Topographical Information，，， 2003)針對(duì)人體體型測(cè)量描述了一種成像系統(tǒng)，其基本組成和實(shí)現(xiàn)方法同美國(guó)專利 5859609類似。系統(tǒng)通過發(fā)射和接收200MHz至ITHz的電磁波信號(hào)獲取目標(biāo)表面信息，而且 采用一組或多組線性天線陣列圍繞目標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的方式獲取數(shù)據(jù)，獲取目標(biāo)不同視角的信 肩、O
美國(guó)專利(專利號(hào)67O3964B2,“Interrogation of an Object for Dimensional and Topographical Information”, 2004)在美國(guó)專利6507309B2的基礎(chǔ)上描述了如何進(jìn)行 人體形體數(shù)據(jù)獲取和對(duì)比。首先對(duì)待檢測(cè)人體進(jìn)行微波照射，獲取其形體數(shù)據(jù)，然后將該形體數(shù)據(jù)與已有的信息進(jìn)行對(duì)比，并針對(duì)一種或多種特征進(jìn)行分析，判斷這些特征是否相符入口 ο
美國(guó)專利(專利號(hào)2006/0066469Al, “Three-Dimensional Surface/Contour Processing Based on Electromagnetic Radiation Interrogation，，，2006)針對(duì)數(shù)據(jù)獲取和如何進(jìn)行表示觀測(cè)目標(biāo)表面的形體進(jìn)行了描述。該發(fā)明通過發(fā)射和接收電磁波信號(hào)，獲得觀測(cè)目標(biāo)的三維圖像數(shù)據(jù)；建立目標(biāo)表面的點(diǎn)云信息描述；并對(duì)部分或全部目標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)云描述進(jìn)行曲線擬合處理，從而獲得觀測(cè)目標(biāo)局部或整體的三維圖像。
文獻(xiàn)“譚維賢，林贊，洪文，王彥平，吳一戎.基于圓柱幾何的人體微波三維成像處理算法研究，2008年第十屆全國(guó)雷達(dá)學(xué)術(shù)年會(huì).”針對(duì)線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成柱面合成孔徑的成像算法開展了計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，給出了相應(yīng)的成像處理步驟，但尚未涉及系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)獲取方式。
上述專利和文章主要針對(duì)陣元線性排列的天線陣列沿直線/圓周運(yùn)動(dòng)形成平面/ 柱面合成孔徑的數(shù)據(jù)獲取獲取系統(tǒng)進(jìn)行了成像處理方法及其后續(xù)處理描述，而對(duì)于陣元曲線排列的天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成曲面合成孔徑尚未涉及；信號(hào)發(fā)射模塊中的信號(hào)產(chǎn)生主要采用壓控振蕩器的方式，而尚未采用直接數(shù)字頻率合成的方式，因此其頻點(diǎn)精度低，建立時(shí)間慢；成像處理尚未涉及與曲面合成孔徑下的成像算法，且尚未針對(duì)發(fā)射信號(hào)為調(diào)頻連續(xù)波和調(diào)頻脈沖的情況?；谛D(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法不僅可以采用陣元線性排列的天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)，而且可以采用陣元非直線排列的天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)；信號(hào)發(fā)射模塊中采用直接數(shù)字頻率合成的方式，發(fā)射信號(hào)可以為掃頻連續(xù)波、調(diào)頻連續(xù)波或調(diào)頻脈沖信號(hào)；信號(hào)接收采用零中頻進(jìn)行接收；成像處理中既能處理針對(duì)線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成柱面合成孔徑或球面合成孔徑時(shí)的數(shù)據(jù)，也能處理非線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)形成曲面合成孔徑時(shí)的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)有的微波三維成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取和成像處理方法存在下列問題
以采用線性天線陣列運(yùn)動(dòng)為主，數(shù)據(jù)獲取方式有限；
發(fā)射信號(hào)頻率的精度受限，信號(hào)形式單一，且數(shù)據(jù)獲取效率不高；
成像處理單一，不能處理非直線或非圓周運(yùn)動(dòng)的三維成像數(shù)據(jù)；
不能夠處理非線性天線陣列沿圓周運(yùn)動(dòng)所獲取的三維成像數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，其天線陣列可以曲線排列，也可以直線排列，信號(hào)形式不限于掃頻連續(xù)波信號(hào)，且成像處理方法能夠適用于不同工作模式。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其包括步驟
步驟S1:系統(tǒng)初始化，操作員通過計(jì)算機(jī)初始化系統(tǒng)工作狀態(tài)，并確認(rèn)系統(tǒng)組成部分能夠工作正常，包括初始化信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、機(jī)械掃描模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，若初始化系統(tǒng)正常，則執(zhí)行下一步，否則，退出系統(tǒng)；
步驟S2 :系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，操作員通過計(jì)算機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，包括設(shè)置信號(hào)發(fā)射模塊的頻點(diǎn)數(shù)和信號(hào)持續(xù)時(shí)間、設(shè)置機(jī)械掃描模塊的掃描時(shí)間和觸發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊的次數(shù)、設(shè)置開關(guān)陣列模塊的開關(guān)切換時(shí)序、數(shù)據(jù)處理模塊的成像處理參數(shù)和顯示模塊的顯示方法；
步驟S3 :啟動(dòng)機(jī)械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，通過開關(guān)陣列模塊控制天線陣列模塊發(fā)射電磁波信號(hào)，并由信號(hào)接收模塊接收從觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)；
步驟S4:成像數(shù)據(jù)采集，啟動(dòng)微波三維成像系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)、串口或無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，完成數(shù)據(jù)采集，并通過局域網(wǎng)或串口將采集到的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊；
步驟S5 :三維成像處理，將傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤上；
步驟S6 :圖像處理與顯示，根據(jù)設(shè)定的顯示方法，顯示模塊對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述步驟S3，是指直線或曲線排布的天線陣列在機(jī)械掃描模塊的控制下進(jìn)行中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度大于0°，且小于等于360° ;中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)過程中，天線陣列旋轉(zhuǎn)經(jīng)過指定待掃描位置時(shí)，機(jī)械掃描模塊觸發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊，此時(shí)開關(guān)陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的發(fā)射天線陣元發(fā)射出去，同時(shí)開關(guān)陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的接收天線陣元接收觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)，并傳輸至信號(hào)接收模塊。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述步驟S5中，數(shù) 據(jù)處理模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像，步驟為
步驟S5-1 :確定待成像區(qū)域觀測(cè)目標(biāo)三維復(fù)圖像的坐標(biāo)系及其圖像點(diǎn)數(shù)N ；
步驟S5-2
a)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻脈沖信號(hào)，則對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行斜距向傅里葉變換，再進(jìn)行斜距向O參考點(diǎn)匹配濾波，獲得信號(hào)，其中，Κω = 2 π f/c為波數(shù)，f為信號(hào)的發(fā)射頻率，c為光速忑為天線采集數(shù)據(jù)的位置坐標(biāo)；
b)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為掃頻連續(xù)波信號(hào)，回波信號(hào)表示為 E(KmJa)，直接進(jìn)入步驟S5-3 ；
c)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，并進(jìn)行去斜和剩余視頻相位(RVP)項(xiàng)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的信號(hào)仍表示為進(jìn)入步驟 S5-3 ；
步驟S5-3:產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于成像區(qū)域的第η (η < N)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)&的濾波函數(shù)Ηω ；
將步驟S5-2的輸出信號(hào)Z(KbA)與濾波函數(shù)H。相乘，沿Kw積分后，再沿&方向疊加，輸出信號(hào);
步驟S5-4 :重復(fù)步驟S5-3，對(duì)成像區(qū)域的所有坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像處理，得到對(duì)觀測(cè)目標(biāo)成像后的三維復(fù)圖像。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述步驟S5中，成像處理的步驟是在三維直角坐標(biāo)系中進(jìn)行，或在圓柱坐標(biāo)系中進(jìn)行，即所得到的三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，或位于圓柱坐標(biāo)系。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述步驟S6中，顯示模塊顯示 觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像的步驟為
步驟S6-1 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維投影 圖像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿波傳播方向獲取最大 值，而后將數(shù)據(jù)投影至二維平面，而后采用灰度或RGB顯示；
步驟S6-2 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維剖面 圖像，則設(shè)置需要實(shí)現(xiàn)的觀測(cè)目標(biāo)剖面，而后提取相應(yīng)距離剖面上的數(shù)據(jù)，取數(shù)據(jù)的幅度 值，而后采用灰度或RGB顯示；
步驟S6-3 :若三維復(fù)圖像位于柱面坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的柱面投影圖 像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿極徑方向獲取最大值，而 后將數(shù)據(jù)投影至指定半徑的柱面上，而后采用灰度或RGB顯示，或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維直角 坐標(biāo)系中，按照步驟S6-1進(jìn)行投影圖像顯示。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波 信號(hào)的頻率，為IOOMHz到1000GHz，電磁波信號(hào)為掃頻連續(xù)波信號(hào)、調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)或調(diào)頻 脈沖信號(hào)其中之一，電磁波信號(hào)的帶寬大于100MHz,且小于等于100GHz。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將反射回來(lái) 的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，量化位數(shù)為8bit、12bit或14bit，數(shù)字信號(hào)到數(shù)據(jù)處理模塊的傳 輸采用電纜、光纜或無(wú)線傳輸其中之一。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收 模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)方式有兩種
a)通過微波組合連接信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模 塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成信號(hào)收發(fā)功能；
b)采用數(shù)字化，天線陣列模塊每組天線陣元的后端連接信號(hào)發(fā)射、回波接收、模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊，形成數(shù)字化收發(fā)模塊完成信號(hào)收發(fā)功能。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述直線或曲線排布的天線陣 列模塊中的天線陣列，其天線等效相位中心之間的間隔小于天線陣元沿陣列方向的尺寸， 每個(gè)天線陣元性能一致，為喇機(jī)天線、微帶天線、雙極化天線或圓極化天線其中之一；開關(guān) 陣列模塊通過收發(fā)通道組合，實(shí)現(xiàn)天線陣列模塊多個(gè)等效相位中心的形成。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述數(shù)據(jù)處理模塊，為計(jì)算機(jī) 和成像處理軟件、DSP成像處理器或FPGA成像處理器其中之一。
所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其所述掃頻連續(xù)波信號(hào)的產(chǎn)生方 式，包括采用壓控振蕩器(VCO)直接產(chǎn)生；采用高穩(wěn)定高精度本振源經(jīng)多次放大、倍頻、濾 波后產(chǎn)生；采用基帶脈沖信號(hào)經(jīng)上變頻的方式產(chǎn)生。
本發(fā)明方法的有益效果
采用的天線陣列不限于線性天線陣列，可以為圓形陣列天線，還可以為曲線天線 陣列，增加了系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的靈活性。
采用晶振、鎖相環(huán)和DDS方式產(chǎn)生信號(hào)，頻率準(zhǔn)確度高，且速率高，每個(gè)頻點(diǎn)的建 立時(shí)間可以達(dá)到ns級(jí)，能夠提高數(shù)據(jù)獲取的效率。
采用的三維成像處理方法，既能夠?qū)€性天線陣列和半圓形天線陣列運(yùn)動(dòng)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地成像處理，還能對(duì)曲線天線陣列運(yùn)動(dòng)所獲取的三維成像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地成像處理。
本發(fā)明方法使用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加靈活，每個(gè)模塊功能明確，可生產(chǎn)性強(qiáng)，特別是對(duì)天線陣列的構(gòu)型沒有限制。
本發(fā)明方法通過直線或曲線的天線陣列，圍繞觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)曲面孔徑，并在旋轉(zhuǎn)曲面孔徑上進(jìn)行信號(hào)收發(fā)，從而可以更快速地獲取觀測(cè)目標(biāo)的三維微波復(fù)圖像(包含幅度和相位信息)，不僅可用于人體表面微波圖像獲取與安全檢測(cè)、人體體型三維數(shù)據(jù)獲取與量體裁衣，還能用于無(wú)損檢測(cè)及雷達(dá)目標(biāo)成像診斷等應(yīng)用領(lǐng)域。


閱;
圖2為本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法使用的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明方法使用的旋轉(zhuǎn)天線陣列微波三維成像系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法的數(shù)據(jù)處理步驟框圖5為本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法使用的信號(hào)發(fā)射模塊框圖 6為本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法使用的回波接收模塊框圖； 圖7為本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法實(shí)施例1 ;圖8為本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法實(shí)施例2 ；
圖9為本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法實(shí)施例3。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法中所涉及的各個(gè)細(xì)節(jié)問題。應(yīng)指出的是，所描述的實(shí)施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明方法的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。
本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法所使用的系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)射模塊、 機(jī)械掃描模塊、天線陣列模塊、回波接收模塊、開關(guān)陣列模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，機(jī)械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制開關(guān)陣列模塊完成曲面孔徑的合成，并通過天線陣列模塊向觀測(cè)空間中發(fā)射電磁波信號(hào)；通過天線陣列和回波接收模塊接收從觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將其作為相應(yīng)天線陣列陣元位置采集到的回波信號(hào)；通過數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像；通過顯示模塊顯示觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像。
本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法的流程如下，
步驟S1:系統(tǒng)初始化。操作員通過計(jì)算機(jī)初始化系統(tǒng)工作狀態(tài)，并確認(rèn)系統(tǒng)組成部分能夠工作正常，包括初始化信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、機(jī)械掃描模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，若初始化系統(tǒng)正常，則執(zhí)行下一步，否則，退出系統(tǒng)；
步驟S2 :系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。操作員通過計(jì)算機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，包括設(shè)置信號(hào)發(fā) 射模塊的頻點(diǎn)數(shù)、頻率范圍、頻率間隔和信號(hào)持續(xù)時(shí)間、設(shè)置機(jī)械掃描模塊的掃描時(shí)間和觸 發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊的次數(shù)、設(shè)置開關(guān)陣列模塊的開關(guān)切換時(shí)序、數(shù)據(jù)處理模塊的成像處理參 數(shù)和顯示模塊的顯示方法；
步驟S3 :成像數(shù)據(jù)采集。啟動(dòng)微波三維成像系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)、串口或無(wú)線方式向 機(jī)械掃描模塊、信號(hào)發(fā)射模塊及回波接收模塊發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令；機(jī)械掃描模塊接收到指 令后，圍繞觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，并在特定的掃描位置處向信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)送同步信號(hào)； 信號(hào)發(fā)射模塊收到信號(hào)后，開始發(fā)送電磁波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過開關(guān)陣列傳輸?shù)礁鱾€(gè)天線陣元； 開關(guān)陣列通過切換控制使電磁波信號(hào)依次通過各個(gè)天線陣元照射到觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域；每個(gè)天 線陣元發(fā)射信號(hào)時(shí)，開關(guān)陣列通過切換控制使觀測(cè)目標(biāo)反射后的回波信號(hào)進(jìn)入與發(fā)射天線 陣元相鄰的天線陣元，即通過與發(fā)射天線陣元相鄰的天線陣元接收回波信號(hào)；接收天線陣 元收到的回波信號(hào)通過開關(guān)陣列傳輸?shù)交夭ń邮漳K中；然后回波接收模塊將回波信號(hào)傳 輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為回波數(shù)據(jù)，并通過局域網(wǎng)或串口傳輸?shù)綌?shù) 據(jù)處理模塊；
步驟S4 :三維成像處理。將傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像處理，得到 觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤上；
步驟S5 :圖像處理與顯示。根據(jù)設(shè)定的顯示方法對(duì)三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)的頻率可以為IOOMHz到1000GHz,電磁波信號(hào)可以 為掃頻連續(xù)波信號(hào)、調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)或調(diào)頻脈沖信號(hào)，電磁波信號(hào)的帶寬大于100MHz，且小 于等于IOOGHz。
本發(fā)明的方法通過機(jī)械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 與此同時(shí)，通過開關(guān)陣列模塊控制天線陣列模塊發(fā)射電磁波信號(hào)，并由信號(hào)接收模塊接收 從觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)，是指直線或曲線排布的天線陣列在機(jī)械掃描模塊的控制下進(jìn) 行中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度大于0°，且小于等于360°，中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)過程中，天線 陣列旋轉(zhuǎn)經(jīng)過指定待掃描位置時(shí)，機(jī)械掃描模塊觸發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊，此時(shí)開關(guān)陣列模塊邏 輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的發(fā)射天線陣元發(fā)射出去，同時(shí) 開關(guān)陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的接收天線陣 元接收觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)并傳輸至信號(hào)接收模塊。
機(jī)械掃描模塊如圖3所示，由驅(qū)動(dòng)器、支架、轉(zhuǎn)盤和底層平臺(tái)組成。第一種方案，驅(qū) 動(dòng)器安裝在支架上方，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤懸掛天線陣列，從而攜帶天線陣列一起圍繞I 軸進(jìn)行中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，底層平臺(tái)固定，用于放置觀測(cè)目標(biāo)；第二種方案，驅(qū)動(dòng)器安裝在底 層平臺(tái)下方，轉(zhuǎn)盤安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)器和底層平臺(tái)之間，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤上安裝天線陣 列，從而攜帶天線陣列一起圍繞y軸進(jìn)行中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，底層平臺(tái)固定，用于放置觀測(cè)目 標(biāo)。
外部軟件設(shè)定開關(guān)切換順序，通過開關(guān)陣列模塊邏輯控制器完成對(duì)開關(guān)陣列模塊 的控制，完成天線陣列中不同陣元之間的收發(fā)組合。
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將反射回來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，量化位數(shù)可以為8bit、12bit 或14bit，數(shù)據(jù)信號(hào)到數(shù)據(jù)處理模塊的傳輸采用電纜、光纜或無(wú)線。
本發(fā)明方法中數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)的步驟為
步驟S5-1 :確定待成像區(qū)域觀測(cè)目標(biāo)三維復(fù)圖像的坐標(biāo)系及其圖像點(diǎn)數(shù)N。
步驟S5-2 :如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻脈沖信號(hào)，則對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行斜距向傅里葉變換，然后進(jìn)行斜距向O參考點(diǎn)匹配濾波，獲得信號(hào)￡(夂》Λ)，其表達(dá)式為
E(KaJa) = FT[￡c(i,ffl)].FT[^(0] ~(I)
其中，Κω = 2 π f/c為波數(shù)，f為信號(hào)的發(fā)射頻率，c為光速，ξ為天線采集數(shù)據(jù)的位置坐標(biāo)，符號(hào)FT表示傅里葉變換，尾^上)為發(fā)射信號(hào)是調(diào)頻脈沖信號(hào)的情況下的回波信號(hào)，其表達(dá)式為
Ec(t, ra) = (ro)p(t -1R / c)dV⑵
t為快時(shí)間，p(t)為發(fā)射的調(diào)頻脈沖信號(hào)，/(ξ)為觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域的散射系數(shù)方程， 6 = (\，凡，&)為觀測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)，符號(hào)/ vdV表示對(duì)觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行體積積分，R為觀測(cè)目標(biāo)到天線的距離，表達(dá)式為
R = \ra ~ro\(3)
如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為掃頻連續(xù)波信號(hào)，回波信號(hào)表示為 E(KmJa)，直接進(jìn)入步驟S5-3。
如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，并進(jìn)行去斜和剩余視頻相位(RVP)項(xiàng)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的信號(hào)仍表示為進(jìn)入步驟 S5-3。
步驟S5-3 :產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于成像區(qū)域的第η (η < N)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)&的濾波函數(shù)Htl，其表達(dá)式為
H0 (ra) = εχρ(7'2^ \ra -f |)( 4 )
將步驟S5-2的輸出信號(hào)Z(KbA)與濾波函數(shù)H。相乘，沿Kw積分后，再沿&方向疊加，輸出信號(hào)SR)，其表達(dá)式為
S(Vn) = Yj] E(Ko,fa)xH0(fa)dKw(5)Γα Kw
步驟S5-4 :重復(fù)S5-3，對(duì)成像區(qū)域的所有坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像處理，就可以得到對(duì)觀測(cè)目標(biāo)成像后的三維復(fù)圖像。
以上成像處理的步驟如圖4所示，該步驟可以在三維直角坐標(biāo)系進(jìn)行，也可以在圓柱坐標(biāo)系中進(jìn)行，即所得到的三維數(shù)據(jù)可以位于三維直角坐標(biāo)系，也可以位于圓柱坐標(biāo)系O
本發(fā)明方法中顯示模塊顯示觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像的步驟為
步驟S6-1 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維投影圖像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿波傳播方向獲取最大值，而后將數(shù)據(jù)投影至二維平面，而后采用灰度或RGB顯示。
步驟S6-2 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維剖面圖像，則設(shè)置需要實(shí)現(xiàn)的觀測(cè)目標(biāo)剖面，而后提取相應(yīng)距離剖面上的數(shù)據(jù)，取數(shù)據(jù)的幅度值，而后采用灰度或RGB顯示。
步驟S6-3 :若三維復(fù)圖像位于柱面坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的柱面投影圖 像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿極徑方向獲取最大值，而 后將數(shù)據(jù)投影至指定半徑的柱面上，而后采用灰度或RGB顯示，也可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維 直角坐標(biāo)系中，按照步驟S6-1進(jìn)行投影圖像顯示。
本發(fā)明方法中，信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊和模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，可以通過微波組合連接信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、天線 陣列模塊、開關(guān)陣列模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成信號(hào)收發(fā)功能；也可以采用數(shù)字化，天線陣列 模塊每組天線陣元的后端連接信號(hào)發(fā)射、回波接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字化收發(fā)模塊完成 信號(hào)收發(fā)功能。
本發(fā)明方法中，掃頻連續(xù)波信號(hào)的產(chǎn)生有多種方式，可以采用壓控振蕩器(VCO) 直接產(chǎn)生；可以采用高穩(wěn)定高精度本振源經(jīng)多次放大、倍頻、濾波后產(chǎn)生；可以采用基帶脈 沖信號(hào)經(jīng)上變頻的方式產(chǎn)生。發(fā)射通道由內(nèi)置本振源經(jīng)多次放大、倍頻、濾波后產(chǎn)生本振 信號(hào)，本振信號(hào)經(jīng)過放大器和功分器后，一路輸出經(jīng)過可調(diào)衰減器和放大器發(fā)射出去，另一 路輸出為兩路接收通道提供本振信號(hào)，信號(hào)發(fā)射模塊框圖如圖5所示，其中鎖相環(huán)(Phase Locking Loop, PLL)由高性能VCO與低噪聲鑒相器以及高穩(wěn)定度晶振等器件組成，直接 數(shù)字頻率合成器(Direct Digital Synthesizer, DDS)時(shí)鐘可達(dá)IGHz,其輸出頻率可達(dá) 400MHz，經(jīng)6次倍頻、濾波和放大后產(chǎn)生25. 6GHz的信號(hào)，具有自動(dòng)掃頻功能，每個(gè)頻點(diǎn)的建 立時(shí)間可以達(dá)到ns級(jí)；接收天線陣列接收到的信號(hào)分別經(jīng)過低噪聲放大器、數(shù)控衰減器和 功率放大器與本振信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生兩路正交的中頻信號(hào)輸出1、Q，回波接收模塊框圖如 圖6所示，其中，本振信號(hào)與圖5中的本振信號(hào)完全相同。
本發(fā)明方法中，直線或曲線排布的天線陣列模塊中的天線陣列由兩列天線組成， 天線等效相位中心之間的間隔小于天線陣元沿陣列方向的尺寸，每個(gè)天線陣元性能一致， 可以為喇叭天線、微帶天線、雙極化天線或圓極化天線。天線陣列中陣元不同的排列方式?jīng)Q 定不同的旋轉(zhuǎn)曲面孔徑，如圖3所示，天線陣元沿任意曲線形成天線陣列，在掃描時(shí)形成不 同的旋轉(zhuǎn)曲面孔徑，如圖7所示；特殊地，當(dāng)天線沿直線形成線性天線陣列時(shí)，旋轉(zhuǎn)曲面孔 徑為圓柱面，基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像系統(tǒng)構(gòu)型如圖8所示；當(dāng)天線沿半圓形成 半圓形天線陣列或部分弧形天線陣列時(shí)，旋轉(zhuǎn)曲面孔徑為球面，基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波 三維成像系統(tǒng)構(gòu)型如圖9所示。
本發(fā)明方法中，開關(guān)陣列模塊通過收發(fā)通道組合，實(shí)現(xiàn)天線陣列模塊多個(gè)等效相 位中心的形成。開關(guān)陣列模塊可以由單刀雙擲、單刀四擲或單刀八擲開關(guān)組成，可以進(jìn)行信 號(hào)單發(fā)多收或多發(fā)多收，從而形成多個(gè)等效相位中心。
本發(fā)明方法中，數(shù)據(jù)處理模塊可以為計(jì)算機(jī)和成像處理軟件、DSP成像處理器或 FPGA成像處理器。
權(quán)利要求
1.一種基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，包括步驟 步驟S1:系統(tǒng)初始化，操作員通過計(jì)算機(jī)初始化系統(tǒng)工作狀態(tài)，并確認(rèn)系統(tǒng)組成部分能夠工作正常，包括初始化信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、機(jī)械掃描模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，若初始化系統(tǒng)正常，則執(zhí)行下一步，否則，退出系統(tǒng)； 步驟S2 :系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，操作員通過計(jì)算機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，包括設(shè)置信號(hào)發(fā)射模塊的頻點(diǎn)數(shù)和信號(hào)持續(xù)時(shí)間、設(shè)置機(jī)械掃描模塊的掃描時(shí)間和觸發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊的次數(shù)、設(shè)置開關(guān)陣列模塊的開關(guān)切換時(shí)序、數(shù)據(jù)處理模塊的成像處理參數(shù)和顯示模塊的顯示方法; 步驟S3:啟動(dòng)機(jī)械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，通過開關(guān)陣列模塊控制天線陣列模塊發(fā)射電磁波信號(hào)，并由信號(hào)接收模塊接收從觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)； 步驟S4 :成像數(shù)據(jù)采集，啟動(dòng)微波三維成像系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)、串口或無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，完成數(shù)據(jù)采集，并通過局域網(wǎng)或串口將采集到的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊； 步驟S5 :三維成像處理，將傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤上； 步驟S6 :圖像處理與顯示，根據(jù)設(shè)定的顯示方法，顯示模塊對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S3，是指直線或曲線排布的天線陣列在機(jī)械掃描模塊的控制下進(jìn)行中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度大于0°，且小于等于360° ;中心軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)過程中，天線陣列旋轉(zhuǎn)經(jīng)過指定待掃描位置時(shí)，機(jī)械掃描模塊觸發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊，此時(shí)開關(guān)陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的發(fā)射天線陣元發(fā)射出去，同時(shí)開關(guān)陣列模塊邏輯控制器控制電磁波信號(hào)經(jīng)由開關(guān)陣列模塊和天線陣列中的接收天線陣元接收觀測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)，并傳輸至信號(hào)接收模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S5中，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像，步驟為 步驟S5-1 :確定待成像區(qū)域觀測(cè)目標(biāo)三維復(fù)圖像的坐標(biāo)系及其圖像點(diǎn)數(shù)N ； 步驟S5-2 a)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻脈沖信號(hào)，則對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行斜距向傅里葉變換，再進(jìn)行斜距向0參考點(diǎn)匹配濾波,獲得信號(hào)，其中，Ku = 2 31€/(；為波數(shù),€為信號(hào)的發(fā)射頻率，c為光速忑為天線采集數(shù)據(jù)的位置坐標(biāo)； b)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為掃頻連續(xù)波信號(hào)，回波信號(hào)表示為￡(夂》忑)，直接進(jìn)入步驟S5-3 ； c)如果信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)為調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，并進(jìn)行去斜和剩余視頻相位項(xiàng)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的信號(hào)仍表示為，進(jìn)入步驟S5-3 ； 步驟S5-3 :產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于成像區(qū)域的第n(n < N)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)&的濾波函數(shù)Hu ； 將步驟S5-4的輸出信號(hào)與濾波函數(shù)Htl相乘，沿Kw積分后，再沿&方向疊加，輸出信號(hào)MO;步驟S5-5 :重復(fù)步驟S5-4，對(duì)成像區(qū)域的所有坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像處理，得到對(duì)觀測(cè)目標(biāo)成像后的三維復(fù)圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S5中，成像處理的步驟是在三維直角坐標(biāo)系中進(jìn)行，或在圓柱坐標(biāo)系中進(jìn)行，即所得到的三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，或位于圓柱坐標(biāo)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述步驟S6中，顯示模塊顯示觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像的步驟為 步驟S6-1 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維投影圖像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿波傳播方向獲取最大值，而后將數(shù)據(jù)投影至二維平面，而后采用灰度或RGB顯示； 步驟S6-2 :若三維復(fù)圖像位于三維直角坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的二維剖面圖像，則設(shè)置需要實(shí)現(xiàn)的觀測(cè)目標(biāo)剖面，而后提取相應(yīng)距離剖面上的數(shù)據(jù)，取數(shù)據(jù)的幅度值，而后采用灰度或RGB顯示； 步驟S6-3 :若三維復(fù)圖像位于柱面坐標(biāo)系，且需要顯示觀測(cè)目標(biāo)的柱面投影圖像，則設(shè)置需要顯示的觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，取三維數(shù)據(jù)的幅度值，并沿極徑方向獲取最大值，而后將數(shù)據(jù)投影至指定半徑的柱面上，而后采用灰度或RGB顯示，或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維直角坐標(biāo)系中，按照步驟S6-1進(jìn)行投影圖像顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)的頻率，為IOOMHz到1000GHz，電磁波信號(hào)為掃頻連續(xù)波信號(hào)、調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)或調(diào)頻脈沖信號(hào)其中之一，電磁波信號(hào)的帶寬大于100MHz，且小于等于 IOOGHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將反射回來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，量化位數(shù)為8bit、12bit或14bit，數(shù)字信號(hào)到數(shù)據(jù)處理模塊的傳輸采用電纜、光纜或無(wú)線傳輸其中之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)方式有兩種 a)通過微波組合連接信號(hào)發(fā)射模塊、回波接收模塊、天線陣列模塊、開關(guān)陣列模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成信號(hào)收發(fā)功能； b)采用數(shù)字化，天線陣列模塊每組天線陣元的后端連接信號(hào)發(fā)射、回波接收、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，形成數(shù)字化收發(fā)模塊完成信號(hào)收發(fā)功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述直線或曲線排布的天線陣列模塊中的天線陣列，其天線等效相位中心之間的間隔小于天線陣元沿陣列方向的尺寸，每個(gè)天線陣元性能一致，為喇叭天線、微帶天線、雙極化天線或圓極化天線其中之一；開關(guān)陣列模塊通過收發(fā)通道組合，實(shí)現(xiàn)天線陣列模塊多個(gè)等效相位中心的形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊，為計(jì)算機(jī)和成像處理軟件、DSP成像處理器或FPGA成像處理器其中之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，其特征在于，所述掃頻連續(xù)波信號(hào)的產(chǎn)生方式，包括采用壓控振蕩器直接產(chǎn)生；采用高穩(wěn)定高精度本振源經(jīng) 多次放大、倍頻、濾波后產(chǎn)生；采用基帶脈沖信號(hào)經(jīng)上變頻的方式產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于旋轉(zhuǎn)天線陣列的微波三維成像方法，涉及微波成像技術(shù)，信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生電磁波信號(hào)；機(jī)械掃描模塊攜帶直線或曲線排布的天線陣列模塊旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，開關(guān)陣列模塊控制天線陣列模塊發(fā)射電磁波信號(hào)，由回波接收模塊接收從觀測(cè)目標(biāo)反射回的信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將反射信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，作為相應(yīng)天線陣列陣元位置采集的回波數(shù)據(jù)；由數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到觀測(cè)目標(biāo)三維復(fù)圖像；經(jīng)顯示模塊顯示觀測(cè)目標(biāo)的三維復(fù)圖像。本發(fā)明的成像方法用于人體表面微波圖像獲取與安全檢測(cè)、人體體型三維數(shù)據(jù)獲取與量體裁衣、無(wú)損檢測(cè)及雷達(dá)目標(biāo)成像診斷等應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S13/89GK103018738SQ20111027928
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者洪文, 譚維賢, 乞耀龍, 王彥平, 吳一戎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所