[发明专利]一种全息微波弹性成像系统及其成像方法

权利要求书

1.一种全息微波弹性成像系统，其特征在于，包括微波信号收发模块(10)、超声波信号收发模块(20)和信号处理模块(31)，所述微波信号收发模块(10)包括至少一个微波发射天线(11)和布置在同一平面上的至少三个微波接收天线(12)，其中，所述微波信号收发模块(10)不间断地朝目标区域发射单一频率的微波信号作为入射电场，同时所述超声波信号收发模块(20)不间断地朝目标区域发射单一频率的超声波信号作为入射超声波场；

所述微波信号穿透位于所述目标区域的目标物后至少部分微波信号被所述目标物内部的具有不同介电常数的若干部分反射而形成散射电场并由所述至少三个微波接收天线(12)对所述散射电场进行探测得到散射电场回波信号；

所述超声波信号收发模块(20)发射超声波信号到所述目标区域的目标物从而对目标物施加一个外力并接收目标物反射的超声波回波信号；

所述信号处理模块(31)对超声波回波信号和散射电场回波信号进行处理以构建目标物的二维图像，所述信号处理模块(31)对超声波回波信号和散射电场回波信号进行处理以构建目标物的二维图像的处理包括：

信号处理模块(31)对所述至少三个微波接收天线(12)探测到的散射电场回波信号进行对比获得的可见度函数结合超声波信号收发模块(20)接收到的超声波回波信号通过信号处理方式用于构建目标物的二维图像，所述信号处理模块(31)对所述至少三个微波接收天线(12)探测到的散射电场回波信号进行对比获得的可见度函数结合超声波信号收发模块(20)接收到的超声波回波信号通过信号处理方式用于构建目标物的二维图像的处理包括：

对所有微波接收天线(12)中任意两个微波接收天线(12)探测到的散射电场信号进行对比得到可见度函数；

根据对比得到的可见度函数获得能够反映目标物的电磁属性分布信息；

对超声传感器(21)接收的施加外力前和施加外力后目标物的超声波回波信号进行对比得到形态变化信号；

根据对比得到的形态变化信号获得目标物内部位移以及振动强度分布信息；

基于电磁属性分布信息、内部位移和振动强度分布信息通过傅里叶逆变换处理构建目标物的二维图像。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块(31)对超声波回波信号和散射电场回波信号进行处理以构建目标物的二维图像的处理包括：

基于微波接收天线(12)的分布排列建立目标物的电磁属性和散射电场之间的非线性观测模型；

至少部分地基于所述非线性观测模型实现对散射回波信号进行两两对比。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述非线性观测模型包括内部场效应模型和外部场效应模型；

其中，内部场效应模型描述为：

其中，表示入射电场，表示入射电场到目标物的位置矢量，为场源点到目标物内一点的位置矢量，f₁表示微波工作频率，t表示时间，c₁表示光速，为TE模式波振幅，A_N和B_B分别为微波发射天线(11)的窄孔径尺寸和宽孔径尺寸，表示天线辐射场，表示极化矢量；

外部场效应模型描述为：

其中，表示散射电场，表示从场源点到场域内任一点的位置矢量，k₀表示自由空间的波数，ε_r表示目标物的介电常数，ε_b表示背景和/或媒介质的介电常数，表示总场强，G表示格林函数，d_V表示体积分，V表示目标物体积,I表示目标物可见度强度；

结合内部场效应模型和外部场效应模型得到用于定义目标物的可见度强度的非线性观测模型描述为：

上式中，表示单位矢量，k₀表示自由空间的波数，ε_r表示目标物的介电常数，ε_b表示背景和/或媒介质的介电常数，表示总场强，*表示复数共轭。