[发明专利]传感器阵列成像设备

说明书

本发明提供一种产生感测图像的系统。该系统包括传感器阵列、图像显示设备和处理器，该处理器生成表示扩展视场的内容的图像。处理器从传感器阵列接收传感器元件数据，执行零填充和离散傅里叶变换，以产生传感器波数数据缓冲区。处理器确定参考点位置，并生成参考菲涅耳场。处理器基于参考菲涅耳场获得逆向惠更斯‑菲涅耳传输数据缓冲区。处理器将传感器波数缓冲区的每个数据元素与逆向惠更斯‑菲涅耳传输数据缓冲区的每个对应数据元素相乘。处理器基于乘积生成直线频谱数据缓冲区。处理器执行斯托尔特映射以及均匀重采样来获取图像数据。

交叉引用

本申请要求于2017年8月9日提交的美国临时专利申请号为62/543,128的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种系统，该系统包括用于获取数据的传感器阵列以及用于处理数据以在感测到的视场内创建场景内容的一维、二维或三维图像的装置。特别地，本发明涉及在保持传感器阵列静止或运动的情况下在可能接近或远离传感器阵列的视场中形成场景和物体的感测图像。

背景技术

传感器阵列在信号的发射和接收方面的实用性已经得到了证明。在发射时，通常可以使用阵列在传感器阵列的远场中形成“波束”，以将发射的信号能量集中在关注的区域中，从而创建“视场”。在接收时，传统上已使用传感器阵列形成一个或多个偏转波束，以估计从远场内的散射体反射的信号的到达角。“散射体”是视场内能够将发射的信号能量反射回传感器阵列的一个点。传感器阵列已用于通过将偏转的透射波束扫过所关注区域并搜索来自视场内散射体的回波来搜索远程物体的存在。传统上，传感器阵列需要通常由阵列模拟信号处理电路提供的用于波束形成的装置和用于波束偏转的装置。在操作上，传感器阵列通常需要一系列偏转波束，每一波束都需要发射一个或多个脉冲，以跨越被搜索的视场。基于波束的传感器阵列远程环境的搜索在扫描搜索量所需的时间资源上可能过于昂贵，以及在多个扫描波束发射期间必须消耗的功率资源量上可能过于昂贵。此外，由于常规处理方法的局限性，传统的阵列传感的光束形成仅在物理上在阵列的“远场”中可能实现，其中“远场”的概念通常表示一离阵列足够远的距离，即，该阵列发射的电磁波或声波波前在距离向(down-range)视场附近几乎是平面的。传统的所谓“夫琅禾费平面波波束形成(Fraunhofer plane-wave beamforming)”的这种远场限制是用于形成波束的过程所固有的。传统的平面波处理会产生仅存在于远场距离处的夫琅禾费平面波的发射和接收。

需要一种处理传感器阵列数据的装置和方法，其在传统的传感器阵列的近场中提供散射体定位，并且还在传统远场中提供增强的散射体定位。基于成像的传感器阵列数据处理方法，而不是波束形成和波束偏转方法，将满足这种需求。基于成像的方法将提供传感器阵列视场内容的图像，其中视场图像内的像素强度和像素位置值将指示该视场内反射散射体的位置(范围和角度)和强度。

需要将基于波束的搜索过程替换为基于图像的搜索过程。能够从传感器阵列产生图像的数据处理方法将提供有关单个散射体在正在成像视场内的确切性质(位置/强度)的更多信息。传统的基于波束的搜索方法仅能够在有限大小的视场内标识散射体的范围和相当粗略的位置角度。

此外，需要一种装置，该装置利用从固定传感器阵列发射单个发射脉冲来更快地搜索一扩展的视场体积(即大于单个夫琅禾费平面波波束宽度的视场)。这种需求需要用阵列传感来代替立体搜索的扫频波束或偏转的到达角估计方法。如果可以通过使用从单个发射脉冲接收到的回波来处理阵列的数据以形成扩展的视场的内容图像，则可以实现用于扩展立体搜索的单脉冲方法。如果单脉冲成像方法支持的视场大于传统的基于扫频波束的搜索方法的波束宽度，则可以提高搜索速度。