[发明专利]基于柱面几何的三维微波成像方法

说明书

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。

背景技术

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等。

相应的，基于该扫描几何的微波成像方法被陆续提出。M.Soumekh提出了一种基于斜平面Green函数Fourier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.M.，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：

一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S1：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′，z′)，其中，r为距离空间域，φ′∈[0，2π)为天线位置方位角，φ′方向定义为方位向，z′为天线位置高度，z′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(IFFT)，获得信号S₁(r，φ′，z′)；

步骤S2：对步骤S1所得的结果S₁(r，φ′，z′)进行波传播损耗补偿，获得信号S₂(r，φ′，z′)；

步骤S3：对步骤S2所得的结果S₂(r，φ′，z′)作距离向傅里叶变换(FFT)，获得信号S₃(K_ω，φ′，z′)，其中K_ω＝2πf/c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S₃(K_ω，φ′，z′)作高度向傅里叶变换，获得信号S₄(K_ω，φ′，K_z)，其中，K_z为高度向波数；

步骤S5：对步骤S4所得的结果S₄(K_ω，φ′，K_z)作方位向傅里叶变换，获得信号S₅(K_ω，K_φ，K_z)，其中，K_φ为方位向波数；

步骤S6：对步骤S5所得的结果S₅(K_ω，K_φ，K_z)与聚焦函数相乘，获得信号S₆(K_ω，K_φ，K_z)，其中，符号*表示共轭，ρ_n＝nΔρ为给定的成像圆柱面半径，n＝0，1，2，..，(N-1)，Δρ＝c/2B，表示取ρ′/Δρ的整数部分；