基于柱面几何的三维微波成像方法

摘要

本发明公开了一种基于柱面几何的三维微波成像方法，涉及微波成像技术，该方法通过设计各成像圆柱面对应的聚焦函数，依次完成不同圆柱面上的二维成像，最后实现整个目标区域的三维成像。本发明方法的处理过程没有近似，并且主要操作在高度波数域和方位波数域内进行，无需在三维波数域进行插值，因此可实现精确、高效的三维成像。

主权项

1.一种基于柱面几何的三维微波成像方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤S1：根据发射信号的形式将原始回波变换至距离压缩域，如果发射信号是线性调频信号，对获得的回波信号进行距离向压缩，获得信号S₁(r，φ′，z′)，其中，r为距离空间域，φ′∈[0，2π)为天线位置方位角，φ′方向定义为方位向，z′为天线位置高度，z′方向定义为高度向；如果发射信号为步进频连续波信号，对获得的回波信号作距离向逆傅里叶变换，获得信号S₁(r，φ′，z′)；步骤S2：对步骤S1所得的结果S₁(r，φ′，z′)进行波传播损耗补偿，获得信号S₂(r，φ′，z′)；步骤S3：对步骤S2所得的结果S₂(r，φ′，z′)作距离向傅里叶变换，获得信号S₃(K_ω，φ′，z′)，其中K_ω＝2πf/c为波数，f为信号的发射频率，c为光速；步骤S4：对步骤S3所得的结果S₃(K_ω，φ′，z′)作高度向傅里叶变换，获得信号S₄(K_ω，φ′，K_z)，其中，K_z为高度向波数；步骤S5：对步骤S4所得的结果S₄(K_ω，φ′，K_z)作方位向傅里叶变换，获得信号S₅(K_ω，K_φ，K_z)，其中，K_φ为方位向波数；步骤S6：对步骤S5所得的结果S₅(K_ω，K_φ，K_z)与聚焦函数相乘，获得信号S₆(K_ω，K_φ，K_z)，其中，符号*表示共轭，ρ_n＝nΔρ为给定的成像圆柱面半径，n＝0，1，2，..，(N-1)，Δρ＝c/2B，表示取ρ′/Δρ的整数部分；步骤S7：对步骤S6所得的结果S₆(K_ω，K_φ，K_z)沿K_ω积分，获得信号S₇(K_φ，K_z)；步骤S8：对步骤S7所得的结果S₇(K_φ，K_z)作方位向和高度向的二维逆傅里叶变换，获得半径为ρ_n的圆柱面上的重建图像$\hat{I}({\rho }_n,\phi ,z)=\underset{K_{\phi },K_z}{\int \int }{S}_7(K_{\phi },K_z)\exp (j{K}_{\phi }\phi +j{K}_{z}z)d{K}_{\phi }d{K}_z$其中，φ为目标位置方位角，z为目标位置高度；步骤S9：完成目标区域内所有圆柱面的重建，最后获得目标区域的三维图像；步骤S10：图像显示，直接在圆柱坐标系下显示图像，或通过坐标变换，将圆柱坐标系下的图像变换到直角坐标系(x，y，z)显示；其坐标变换方程为：$\left\{\begin{array}{c}x=\rho \cos \phi \\ y=\rho \sin \phi \\ z=z\end{array}\right.$其中，ρ为目标位置半径。