多频连续波系统的聚焦成像校准方法.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CN104569936A(43)申请公布日2015.04.29(21)申请号201510037428.8(22)申请日2015.01.26(71)申请人中国人民解放军国防科学技术大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人黄春琳陆珉粟毅李禹唐涛(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人胡伟华(51)Int.Cl.G01S7/40(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称多频连续波系统的聚焦成像校准方法(57)摘要本发明提供了一种多频连续波系统聚焦成像校准方法，从多频连续波系统的二维扫描数据中，抽取出各频率数据，先进行单频聚焦成像，获得最佳聚焦图像。在此图像上抽取大信噪比像素数据，计算出平均相位偏差和平均幅度。再利用计算结果构成校准补偿因子，对多频数据进行相位和幅度校准。校准后的数据进行多频成像处理，能够获得良好的聚焦成像效果，目标轮廓更清晰，背景杂波更少，信噪比有效提高。由于所利用的数据多，信息丰富，校准精度高。本发明是数据驱动的校准方法，无需校准硬件附件，也不需要进行复杂的校准测量。CN104569936ACN104569936A权利要求书1/1页1.一种多频连续波系统的聚焦成像校准方法，其特征在于包括单频聚焦成像、大信噪比数据抽取、平均相位偏差和平均幅度计算、多频数据的相位和幅度校准四个步骤，第一步，单频聚焦成像从多频连续波系统的二维扫描数据中，抽取出各频率的数据，对每个频率的数据单独进行聚焦成像处理，用下式表示：Y(fi)＝ψ{R(fi)}(1)式中R(fi)为频率fi的单频数据矩阵(fi＝f1,f2,…,fI)，来自x轴和y轴平面二维扫描的多频数据矩阵R′fxy；ψ{·}表示聚焦成像处理的运算符，在目标距离d和传播介质介电常数ε两参数已知情况下，直接输入参数值获得最佳聚焦成像结果；若参数未知，采用自聚焦方法，获得最佳聚焦度的成像结果；矩阵Y(fi)为聚焦成像后的图像数据矩阵；第二步，大信噪比数据抽取从单频聚焦成像结果Y(fi)中抽取出大信噪比像素，构成数组Dk(fi)：Dk(fi)＝Ymn(fi),if|Ymn(fi)|≥λ(k＝1,2,…,K)(2)式中λ为幅度判断门限，由所允许的最低信噪比决定；m为x轴的像素序号(m＝1,2,…,M)，n为y轴的像素序号(n＝1,2,…,N)，m为x轴的像素序号；第三步，平均相位偏差和平均幅度计算由抽取的数组Dk(fi)，通过期望值计算，得到平均相位偏差和平均幅度：式中ang{·}为相位计算函数；第四步，多频数据的相位和幅度校准利用第三步计算出的平均相位偏差和平均幅度构成校准补偿因子：再利用校准补偿因子对多频扫描数据R′fxy进行相位和幅度校准：R″fimn＝R′fimn·γ(fi)(6)公式(6)是对三维数据矩阵R′fxy的每个单元数据做校准补偿，校准后的数据R″fxy能使得目标成像结果的相位均值为零，幅度均值为1，以去除各频率的相位偏差，补偿幅度的不一致性；完成校准后，利用校准后的数据R″fxy进行多频成像处理，能够获得无相位偏差和无幅度偏差的成像结果。2CN104569936A说明书1/6页多频连续波系统的聚焦成像校准方法技术领域[0001]本发明涉及多频连续波系统的校准方法，特别是一种对多频连续波成像系统的校准方法。背景技术[0002]多频连续波系统相干接收输出的相位和幅度包含了混频之前的电路、传输电缆、天线、传播介质、目标散射等多方面的影响，这些影响会带来系统偏差，导致接收信号不同频率间幅度和相位的不一致。对于成像系统，相位的偏差会使得成像效果急剧下降，严重的甚至完全不能聚焦成像。幅度偏差的影响虽然不严重，但是也一定程度上存在，主要是体现在距离向的拖尾与振荡。[0003]为消除这些影响，通常需要进行校准。已有的校准方法主要有两类：一是利用系统配备的校准件进行直接校准，以消除系统内部电路模块、传输电缆等的影响，但是这类方法一般无法对天线进行校准。二是利用特定目标的校准测量，进行校准处理，比较典型的是S参数校准方法，通常校准目标采用大金属板或金属网。这类方法能够消除天线影响，但是校准过程复杂，不适合于每次使用都进行校准。如文献V.A.MikhnevandP.Vainikainen,“Single-ReferenceNear-FieldCalibrationProcedureforStep-FrequencyGroundPenetratingRadar,”IEEETrans.onGeoscienceandRemoteSensing,Vol.41,No.1,pp.75-80,Jan.2003.和文献I.Nicolaescu,P.Gender