[发明专利]一种基于完全随机波束照射的可定制微波成像系统及算法

说明书

本发明公开了一种基于完全随机波束照射的可定制微波成像系统及算法。每个发射天线经移相器连接到发射端口，接收射天线连接到接收端口，多个发射天线和接收天线布置于待测目标的一侧，多个发射天线阵列排布形成发射天线阵列；通过各个移相器随机调节各个发射天线的激励电流使得所有发射天线的发出随机电磁波束照射到待测目标所在的成像区域；成像后通过不断调整成像分辨率、成像区域的大小、成像距离、发射天线阵列中的发射天线总数、发射天线之间的间距和随机波束照射的次数，获得最优的奇异值分布曲线，最优的奇异值分布曲线上的所有奇异值之和最大。本发明成像系统具有结构紧凑，实现简单、随机性能优良，能量效率高，频谱效率高等优点。

技术领域

本发明涉及了一种微波成像系统及算法，尤其是涉及了一种基于完全随机波束照射的可定制微波成像系统及算法。

背景技术

近些年来，微波成像的理论和技术得到了广泛的研究和发展。微波是频率在300MHz-300GHz，对应波长为1m-1mm的电磁波。与可见光波不同，在微波频段具有对非金属物质的穿透能力。利用这一独特性质，微波成像能够对获取目标的位置、形状、材料属性等多种信息量。微波成像具有安全、非接触、成本低等特点，因此广泛应用于安全检查、隔墙监视、医学成像等军用、民用领域。

不同于传统的微波成像方法，基于随机照射的微波成像方法引起了国内外研究人员的关注。参考光学中的ghost成像理论，将随时间变化的随机辐射场照射在物体上，以随机照射的方式获取多组目标散射测量值，通过入射场与散射场的反演计算就能够提取散射体的轮廓和表面信息。不同于传统电磁成像中采用结构复杂的天线阵进行波束扫描的相控阵雷达成像或者移动天线进行空间扫描的合成孔径雷达成像，随机照射方式的微波成像方法在有限空间和无法进行相位扫描的场合有着突出应用价值。从天线的角度来看，这种随机照射可以通过频率扫描天线或者相控阵天线来实现。其中频率扫描天线往往依赖于大带宽，其频谱利用效率低下，极大地浪费了宝贵的频谱资源。而工作于单一频率的成像系统具有频谱效率高的优点。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明是提供了一种基于完全随机波束照射的可定制微波成像系统及算法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种基于随机波束照射的可定制微波成像系统：

微波成像系统包括多个发射天线和一个接收天线，每个发射天线经移相器连接到发射端口，接收射天线连接到接收端口，多个发射天线和接收天线布置于待测目标的一侧，多个发射天线阵列排布形成发射天线阵列；通过各个移相器随机调节各个发射天线的激励电流相位使得所有发射天线的发出随机电磁波束照射到待测目标所在的成像区域。

所述的多个发射天线阵列排列方式呈方形或者圆形。

所有发射天线朝向待测目标发出电磁波作为入射场，入射场与待测目标相互作用形成散射场，接收天线对散射场进行接收，收发天线工作于单一频率。

二、一种基于随机波束照射的可定制微波成像算法，方法采用以下步骤：

1)搭建上述微波成像系统进行随机波束照射，采用1比特随机相位调制；

2)经过多次随机波束照射，由接收天线采集的接收信号构建传输矩阵；

3)预设成像分辨率、成像区域的大小、成像距离、发射天线阵列中的发射天线总数、发射天线之间的间距，多次随机波束照射后计算传输矩阵的奇异值分布曲线，通过不断调整成像分辨率、成像区域的大小、成像距离、发射天线阵列中的发射天线总数、发射天线之间的间距和随机波束照射的次数，获得最优的奇异值分布曲线，最优的奇异值分布曲线上的所有奇异值之和最大；

成像分辨率是指成像区域的网格大小。成像距离是指天线和成像区域之间的距离。