阵列快速成像方法及其应用.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CN113820711A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202111181177.2(22)申请日2021.10.11(66)本国优先权数据202011464431.52020.12.13CN(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)发明人张继龙张鑫张继康张艺恒宋雨花俞晓琳(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.G01S13/89(2006.01)G01S13/90(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称阵列快速成像方法及其应用(57)摘要本发明涉及光学成像、微波成像、雷达探测、无线通信、声呐、超声成像以及基于声、光、电等媒介的目标探测与成像识别技术领域，具体涉及一种阵列快速成像方法及其在上述各领域中的应用。本发明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。本发明方法能够实现宽视角、实时、多目标高效成像与探测，是低成本、高实时性、高精度的探测与成像识别技术。可广泛应用于光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及声、光、电等为媒介的目标探测、成像识别、无线通信领域。CN113820711ACN113820711A权利要求书1/3页1.一种阵列快速成像方法，其特征在于，包括：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。2.根据权利要求1所述的阵列快速成像方法，其特征在于，包括：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：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，为聚焦相位加权系数，为扫描相位加权系数，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，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。3.根据权利要求1、2所述的阵列快速成像方法，其特征在于，包括：对于均匀离散阵列，高精度像场计算公式为：其中，ωδ＝kΔxsinθδ、ωσ＝kΔysinθσ，Δx为x方向阵列单元间距，Δy为y方向阵列单元间距，θδ、θσ分别为像点相对阵列中心的扫描角坐标。4.根据权利要求2、3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扫描相位加权以调整成像系统中心视角方向；步骤三：对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦；步骤四：采用高效并行算法，对阵列单元的信号进行快速成像处理；步骤五：解算像场坐标，对像场进行坐标反演获得真实目标的位置。5.根据权利要求4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。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二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、Δy分别为x方向、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：2CN113820711A权利要求书2/3页其中：U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中包括：利用聚焦相位加权方法，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：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，且F<U、F<V。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤四中包括：采用高效并行算法，对阵列单元的幅度、相位加权后的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，符号表示高效并行算法函数，为阵列单元接收到的目标散射场，A为阵列单元幅度加权系数，φF为聚焦相位加权系数，φS为扫描相位加权系数；上述像场计算结果对应的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,π]，此时的像是符合实际分布的像：9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤五中包