[发明专利]一种基于目标多频空间谱拼接的电磁定量成像方法

说明书

本发明公开了一种基于目标多频空间谱拼接的电磁定量成像方法，目的是解决传统衍射层析方法多频空间谱混叠导致的成像精度差的问题，实现目标的几何成像和物理成像，属于雷达成像领域。本发明先对后向散射回波信号进行空域二维傅里叶变换处理得到谱域信号，然后对谱域信号进行坐标转化及插值，再分别处理谱域信号的实部和虚部，得到介电参数谱域和电导率谱域，接着对多频率介电参数谱域和电导率谱域进行去混叠处理，得到目标的多频拼接介电参数谱域和电导率谱域，降低混叠谱域对目标成像性能的影响，最后得到目标体的几何成像和物理成像。

技术领域

本发明提出一种基于目标多频空间谱拼接的电磁定量成像方法，所提成像方法对目标采用多频率测量得到后向散射场数据，然后在谱域内消除混叠频谱，最后得到目标的几何成像和物理成像，属于雷达成像领域。

背景技术

利用雷达接收到的后向散射回波数据对目标的位置、形状、大小及电性参数进行反演重建，得到重构区域的介电参数或电导率剖面图，能够广泛应用于排雷工程，土木工程，考古应用，预警识别等。

雷达的测量配置方式分为三种，一是沿着测线进行一维扫描，发射天线沿着固定的间隔沿着测线M次移动，每次移动时接收天线都会在测线方向N测量点接收探测区域的散射回波，获得M×N道散射数据，即多发多收(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)模式；二是发射天线和接收天线分别以固定间隔沿着测线移动，在M个观测位置接收天线都会接收探测区域的散射回波，获得M道散射数据；三是发射天线固定在一个位置向探测区域发射电磁波，接收天线在M个观测位置接收散射回波，获得M道散射数据，即单发单收(Single-Input Multiple-Output,SIMO)模式。三种雷达测量配置方式得到的空间谱不同，但都需要先解决空间谱混叠问题。本专利以MIMO雷达探测模式为例，可以获得方位向和距离向的成像结果，但应用范围不局限于MIMO雷达探测模式。

雷达成像方法中，逆散射成像是研究热点。非线性逆散射成像方法能对目标物体进行准确度较高的重建，但在成像过程中，需要进行逐步迭代运算，计算量巨大，不适合工程应用。因此在某些特定条件下运用合理的近似，得到线性逆散射成像方法。线性逆散射成像方法的理论基础是衍射层析成像。该方法基于傅里叶变换和线性Born近似，以电磁散射理论为基础，通过分析目标体电磁参数与多角度散射数据在空域-谱域的对应关系，可以获得目标体的电磁参数信息以及位置、形状信息。

传统的衍射层析方法直接将多频率的目标空间谱叠加，未考虑频谱混叠问题。由于多频空间谱内存在混叠区域，经多次积累的混叠谱会干扰定量化电磁成像的结果，即使可以通过合理地设置频率步进间隔，来减少空间谱混叠对定量化成像准确性地影响，但成像结果仍有误差，未能从本质上解决问题。为了获得准确的目标体几何信息和物理参数，有必要对混叠频谱进行利用或舍弃，本发明提出了一种基于目标多频空间谱拼接的电磁定量成像方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是降低多频空间谱混叠对目标电磁定量成像准确性的影响，以克服现有技术的缺陷。

本发明的方法包括以下技术措施：

一种基于目标多频空间谱拼接的电磁定量成像方法，包括以下步骤：

获取后向散射回波信号进行二维傅里叶变换，得到散射场谱域信号；

对散射场谱域信号进行坐标转化及立方插值处理，得到目标多频空间频谱；

处理目标多频空间频谱，得到散射场介电参数谱域和散射场电导率谱域；

分别对散射场介电参数谱域和散射场电导率谱域进行去混叠处理，再进行积累拼接处理，得到目标多频拼接介电参数谱域和目标多频拼接电导率谱域；

对目标多频拼接介电参数谱域和目标多频拼接电导率谱域进行二维逆傅里叶变换，得到目标成像。

所述获取后向散射回波信号进行二维傅里叶变换，得到散射场谱域信号包括：