曲面阵列快速成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113835222A(43)申请公布日2021.12.24(21)申请号202111264008.5(22)申请日2021.10.28(71)申请人苏州威陌电子信息科技有限公司地址215300江苏省苏州市昆山市夏荷路99号港龙商务大厦1号楼1506室(72)发明人张继龙张继康(74)专利代理机构北京尚钺知识产权代理事务所(普通合伙)11723代理人严田青(51)Int.Cl.G02B27/00(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图2页(54)发明名称曲面阵列快速成像方法(57)摘要本发明涉及光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及基于声、光、电等媒介的目标探测、成像识别、无线通信技术领域，具体涉及一种曲面阵列快速成像方法及其在上述各领域中的应用。采用本发明方法，可以实现曲面阵列的快速成像，适用于各种非平面阵列以及共形阵列，能够实现快速成像和目标检测。此外，本发明方法还具有兼容性好、运算量小、成像效果佳、适用范围广等优点。CN113835222ACN113835222A权利要求书1/3页1.一种曲面阵列快速成像方法，其特征在于，所述方法基于透镜成像原理，结合电磁场理论，根据天线阵列接收到的目标信号，通过单元信号的幅度、相位加权，采用高效并行算法，获得目标对应的像场分布，其具体算法如下：其中：j为虚数单位，e为欧拉常数，为像场分布，为阵列单元接收到的目标信号，Amn为阵列单元幅度加权系数，为阵列单元聚焦相位加权系数，为阵列单元相位补偿系数，为阵列单元扫描相位加权系数，M为x方向的阵列单元数量，N为y方向的阵列单元数量，(xm，yn)为阵列单元的坐标，(δ，σ)为像点的坐标，V为像距，即成像平面到阵列平面的距离，η为对象选择性参数，根据成像系统的特性选择不同的值，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，为波数，λ为波长，符号∑代表求和运算。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过选择不同的参数η值，可适用于不同的成像系统，具体而言：选择η＝1时，适用于被动成像系统、半主动成像系统以及常规相控阵系统；选择η＝2时，适用于主动全息成像系统、合成孔径雷达系统。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤一：对阵列单元信号进行幅度加权以降低副瓣电平；步骤二：对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦；步骤三：对阵列单元信号进行曲面阵列相位补偿以改善成像性能；步骤四：对阵列单元信号进行波束扫描相位加权以调整成像系统中心视角方向；步骤五：采用高效并行算法，对阵列单元信号进行快速成像处理；步骤六：解算像场坐标，对像场进行坐标反演获得真实目标的位置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中所述幅度加权的方法包括均匀分布、余弦加权、汉明窗、Taylor分布、切比雪夫分布及混合加权方法。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦，其中：自动对焦相位加权的聚焦相位计算公式为：其中，R为目标斜距，即目标到阵列中心的距离；变焦或定焦相位加权的聚焦相位计算公式为：其中，F为焦距，V为像距，即成像平面到接收阵列所在平面的距离，且F<U、F<V。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三中所述对阵列单元信号进行曲面阵列相位补偿以改善成像性能，其中：阵列单元相位补偿系数的计算公式为：2CN113835222A权利要求书2/3页其中，表示曲面阵列单元到理想阵列平面的距离误差，所述理想阵列平面是指经过曲面阵列的中心，并且与曲面阵列法线方向相垂直的平面。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四中所述扫描相位加权调整成像系统中心视角方向，其扫描相位加权的相位计算公式为：其中：分别为x、y方向的阵列相邻单元之间的相位差，其计算公式分别为：其中：Δx为x方向的阵列单元间距，Δy为y方向的阵列单元间距，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标，其计算公式分别为：其中：U为物距，即目标所在平面到理想阵列平面的距离。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤五中所述采用高效并行算法，对阵列单元信号进行快速成像处理；所述高效并行算法包含二维或三维FFT、IFFT、非均匀FFT、稀疏FFT，其计算公式为：其中：为像场，符号表示高效并行算法函数，为阵列接收到的目标信号，A为阵列幅度加权系数，φF为阵列聚焦相位加权系数，φC为阵列相位补偿系数，φS为阵列扫描相位加权系数；上述像场计算结果对应的空间谱ωδ、ωσ取值范围为：ωδ∈[0,2π]、ωσ∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωδ、ωσ取值范围变换为：ωδ∈[‑π,π]、ωσ∈[‑π