[发明专利]一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置及方法

权利要求书

1.一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像方法，其特征在于，包括：将天线阵列中某一个接收天线接收到的后向散射数据等效为计算光场传播过程的角谱公式的形式，凭借角谱公式内含的傅里叶变换和逆变换运算，重建目标物的三维图像；

步骤1：后向散射数据的横向二维傅里叶变换

对后向散射数据s(x₀,y₀,k)做共轭处理后进行横向二维傅里叶变换：

其中，S^*(k_x,k_y,k)表示后向散射数据s(x₀,y₀,k)的共轭在频率域的表达式；FT_2D{ }表示横向二维傅里叶变换操作符；

步骤2：相位补偿

将S^*(k_x,k_y,k)与一个相位补偿因子相乘，得到：

其中，k_z表示径向波数，且

该步骤的作用是把后向散射数据的相位换算到目标物区域与天线阵列沿径向轴最近距离处(z＝z₀)的相位；

步骤3：插值处理

以上步骤得到的波数域后向散射数据在横向波数域是均匀分布的，但是在径向波数域是非均匀分布的，为了后续能够利用径向一维傅里叶变换得到径向空间域的数据，需要对公式(8)得到的数据进行插值处理：

其中，F(k_x,k_y,k_z)表示目标物反射系数的波数域数据；Stolt[ ]表示对括号内的数据做插值处理；

步骤4：横向二维傅里叶逆变换

对目标物反射系数的波数域数据进行横向二维傅里叶逆变换，得到：

其中，表示对括号内的数据进行横向二维傅里叶逆变换；

步骤5：径向一维傅里叶变换

对上一个步骤获得的数据进行径向一维傅里叶变换，得到：

其中，FT{}表示对括号内的数据进行径向一维傅里叶变换；

步骤6：校正处理

将上一个步骤获得的数据首先与指数项相乘，补偿目标物在不同径向距离的频移；再与常数项相乘，对衰减损耗进行幅度补偿；最后乘以并对结果取共轭，实现相位校正；最终得到以下表达式：

其中，f_c是每个通道发射的宽带信号的中心频率。

2.一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置，利用如权利要求1所述的一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像方法实现，其特征在于，

包括：依次连接的控制单元、射频单元和天线阵列；

所述射频单元包括倍频器阵列、功分器阵列、毫米波收发阵列、电子开关阵列、正交混频器阵列和分路器阵列；

所述倍频器阵列与功分器阵列连接，功分器阵列的输出一路与毫米波收发阵列连接，另一路与正交混频器阵列连接，所述毫米波收发阵列的输出与正交混频器阵列连接，所述正交混频器阵列与分路器阵列连接；

所述控制单元控制向倍频器阵列输出周期性的多频信号；所述控制单元接收分路器阵列的模拟信号，将所述模拟信号转换为数字信号后重建目标物的图像并显示。

3.如权利要求2所述的一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置，其特征在于，

所述控制单元包括中央处理器、多频信号同步发生器、多路数据采集卡和显示器；

所述中央处理器通过数据传输总线与多频信号同步发生器、多路数据采集卡和显示器分别连接；所述多频信号同步发生器与倍频器阵列连接，所述多路数据采集卡与分路器阵列连接。

4.如权利要求3所述的一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置，其特征在于，所述多频信号同步发生器输出N个通道的单频信号给射频单元，每个通道输出信号的频率都不相同且呈等间隔分布；在一个子周期内，每个通道输出信号的频率不变；在下一个子周期，所有通道输出信号的频率实现轮转；经过N个子周期，每个通道对N个频率的信号全部遍历一遍。