一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法技术

本发明专利技术涉及一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，用于消除由于发射端本振与回波接收端本振分置而产生的相位误差，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，对近场成像场景进行设置；步骤二，采集回波实信号和参考实信号；步骤三，将回波实信号和参考实信号分别处理后得到回波中频实信号和参考中频实信号；步骤四、五，利用Hilbert变换，将回波中频实信号和参考中频实信号分别变换为回波中频复信号和参考中频复信号后进行混频得到混频信号；步骤六，对混频信号利用相位因子补偿法进行校正后得到波数域信号，将波数域信号映射到空间域中进行计算后得到目标点估计散射系数的一维函数表达式，完成一维成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术适属于无线电领域，具体涉及一种近场双站合成孔径成像的方法。
技术介绍
太赫兹波：太赫兹波(THzwaves)一般指频率在0.1THz-10THz(波长为3mm-30μm)范围内的电磁波，其频率范围处于宏观电子学向微观光子学过渡的区域，具有独特的物理特性和重要的研究价值。太赫兹成像：太赫兹成像是太赫兹波的重要应用领域之一。基于太赫兹波的安全性、高分辨和穿透性等特点，太赫兹成像具有独特的优势：相比红外和光学成像，太赫兹成像可以穿透诸如衣物、木板和塑料等非极性材料：相比X射频和微波成像，太赫兹成像往往能够获取更高空间分辨率的图像：相比X射线成像，毫瓦量级功率的太赫兹成像一般认为对人体无害。依据是否有太赫兹源，应用于人体安检的太赫兹成像技术可以分为主动式和被动式两种。被动式成像利用辐射热计探测人体发射的太赫兹波来形成人体表面图像。由于人体辐射的太赫兹波非常微弱，被动式成像的成像结果往往对比度较低，图像不够清晰。而主动式成像则一般利用天线发射毫瓦级别的太赫兹波，太赫兹波穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号即可得到人体表面图像。主动式成像不仅图像对比度高，而且通过合成孔径的方法，可以取得较高的方位向分辨率。主动式太赫兹成像技术可以用于机场、地铁站等场所的近距离的人体安全检测。双站合成孔径雷达：双站合成孔径雷达的发射机和接收机分置于不同平台上，其中发射机以一定脉冲重复频率提供对待观测区域的照射信号：接收机接收地面回波并完成成像处理等任务。与传统单站合成孔径雷达相比，双站合成孔径雷达的主要优点有：(1)可以获取丰富的信息传统单站合成孔径雷达由于工作方式的限制，只能获取目标的后向散射信号，双站合成孔径雷达由于收发分置，可以利用收发平台获取非后向散射信号进行成像，其图像所含信息不同于单站合成孔径雷达图像，有利于对成像目标分类，识别。(2)系统结构更加灵活由于采用收发分置的方式，即发射机与接收机在各自独立的轨道上，因此可以根据成像应用的需要对发射机接收机分别进行设置，系统的灵活性高，适用范围更加广阔。由于双站合成孔径成像是典型的相参雷达，其成像的核心在于信号的相干处理，这就要求发射端本振信号源以及接收端本振信号源必须满足相位同步，否则会严重影响成像处理的结果甚至无法成像。由于双站设置时太赫兹发射机与接收机分别采用彼此独立的本振信号源，因此保持相位同步非常困难。现有文献大多是基于远场假设对双站合成孔径成像系统的相位同步问题进行了研究，而对近场双站合成孔径成像系统的相位同步问题尚未有系统研究。此外，远场条件使得回波建模都基于平面波假设，而近场时波前是球面波，适用于远场的同步方法并不适用于近场情况，因此需要对近场场景下的太赫兹非同步双站合成孔径进行研究。
技术实现思路
本专利技术是为了解决在近场的条件下，太赫兹波段的非同步双站合成孔径一维成像应用中，发射端与接收端采用不同本振信号源时存在的非同步问题而进行的，目的在于提供一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，以解决双站设置的太赫兹发射机与接收机分别采用彼此独立的本振信号源难以保持相位同步的问题。本专利技术提供了一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对近场成像场景中的目标点s、发射机T、回波接收机A、参考接收机B的位置分别进行设置；步骤二，回波接收机A对来自发射机T发射的单点频实信号经目标点s散射后的信号进行采集得到回波实信号，参考接收机B对来自发射机T发射的单点频实信号直接进行采集得到参考实信号；步骤三，回波接收机A接收端接收回波实信号后进行载频混频处理后得到回波中频实信号并输出，参考接收机B接收端接收参考实信号后进行载频混频处理后得到参考中频实信号并输出；步骤四，利用Hilbert变换，将步骤三中的回波中频实信号和参考中频实信号分别变换为回波中频复信号和参考中频复信号；步骤五，将步骤四中的回波中频复信号和参考中频复信号进行混频得到混频信号；步骤六，利用相位因子补偿法对步骤五中的混频信号进行校正后得到波数域信号，将该波数域信号映射到空间域中进行计算后得到目标点估计散射系数的一维函数表达式，完成一维成像。在本专利技术提供的双站合成孔径一维成像的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中场景位置设置具体为：目标点s坐标为s(xs,0)，发射机T固定在坐标(xt,zt)，回波接收机A的接收天线沿着直线路径运动，该直线到目标点s的垂直距离为R0，回波接收机A一个采样位置的坐标为(xa,R0)，参考接收机B的位置是随机的，坐标为(xb,zb)。另外，在本专利技术提供的双站合成孔径一维成像的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中发射机T在t时刻发射单点频实信号的数学表达式为：回波实信号的数学表达式为：其中，Rt(xs)是(xs,0)处目标点s与发射机的距离，Rr(xa,xs)是目标点s与回波接收机A的距离，f(xs)为目标点s的散射系数，f1为发射端载波频率，为发射端本振的初始相位。另外，在本专利技术提供的双站合成孔径一维成像的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中回波中频实信号数学表达式为：参考中频实信号数学表达式为：Rref=(xt-xb)2+(zt-zb)2]]>其中,f0是中频频率，f0＝f1-f2，为接收端本振初始相位，Rref是发射机T与参考接收机B的距离；为参考接收机B本振的初始相位，f1为发射端载波频率，为发射端本振的初始相位。另外，在本专利技术提供的双站合成孔径一维成像的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤四中回波中频复信号的数学表达式为：参考中频复信号的数学表达式为：Rref=(xt-xb)2+(zt-zb)2]]>其中，Rref是发射机T与参考接收机B的距离；为参考接收机本振的初始相位；另外，在本专利技术提供的双站合成孔径一维成像的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤六中目标点估计散射系数的一维函数表达式为：f^(xs)=∫s5(kx)ej(kxxs-kxtxt2+zt2xs)dkx.]]>专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的双站合成孔径一维成像的方法，采用固定发射机，并增加一路参考接收机的装置结构，利用增加的这一路参考接收信号与回波接收机的回波信号进行混频处理的方式消除由于发射端本振与回波接收端本振分置而产生的相位误差，提高了成像的质量。附图说明图1是本专利技术的实施例中近场太赫兹非同步双站合成孔径成像示意图；图2是本专利技术的实施例中近场太赫兹非同步双站合成孔径一维成像实现原理图；以及图3是本专利技术的实施例中两个相距2.5cm强散射目标实验结果与模拟仿真结果示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术所涉及的近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法作具体阐述。实施例步骤一，对近场成像场景中的目标点s、发射机T、回波接收机A、参考接收机B的位置分别进行设置。图1是本专利技术的实施例中近场太赫兹非同步双站合成孔径成像示意图。如图1所示，发射机T固定在面对目标平面的位置(xt,zt)，设其波束范围始终覆盖接收机的波数范围，回波接收机A沿着直线路径运动，该直线到目标点s的垂直距离为R0，参考接收机B位于随机位置(xb,zb)。回波接收机A的一个采样位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对近场成像场景中的目标点s、发射机T、回波接收机A、参考接收机B的位置分别进行设置；步骤二，所述回波接收机A对来自所述发射机T发射的单点频实信号经目标点s散射后的信号进行采集得到回波实信号，所述参考接收机B对来自所述发射机T发射的单点频实信号直接进行采集得到参考实信号；步骤三，所述回波接收机A接收端接收所述回波实信号后进行载频混频处理后得到回波中频实信号并输出；所述参考接收机B接收端接收所述参考实信号后进行载频混频处理后得到参考中频实信号并输出；步骤四，利用Hilbert变换，将步骤三中的所述回波中频实信号和所述参考中频实信号分别变换为回波中频复信号和参考中频复信号；步骤五，将步骤四中的所述回波中频复信号和所述参考中频复信号进行混频得到混频信号；步骤六，利用相位因子补偿法对步骤五中的所述混频信号进行校正后得到波数域信号，将该波数域信号映射到空间域中进行计算后得到目标点估计散射系数的一维函数表达式，完成一维成像。

【技术特征摘要】
1.一种近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对近场成像场景中的目标点s、发射机T、回波接收机A、参考接收机B的位置分别进行设置；步骤二，所述回波接收机A对来自所述发射机T发射的单点频实信号经目标点s散射后的信号进行采集得到回波实信号，所述参考接收机B对来自所述发射机T发射的单点频实信号直接进行采集得到参考实信号；步骤三，所述回波接收机A接收端接收所述回波实信号后进行载频混频处理后得到回波中频实信号并输出；所述参考接收机B接收端接收所述参考实信号后进行载频混频处理后得到参考中频实信号并输出；步骤四，利用Hilbert变换，将步骤三中的所述回波中频实信号和所述参考中频实信号分别变换为回波中频复信号和参考中频复信号；步骤五，将步骤四中的所述回波中频复信号和所述参考中频复信号进行混频得到混频信号；步骤六，利用相位因子补偿法对步骤五中的所述混频信号进行校正后得到波数域信号，将该波数域信号映射到空间域中进行计算后得到目标点估计散射系数的一维函数表达式，完成一维成像。2.根据权利要求1所述的近场太赫兹双站合成孔径一维成像的方法，其特征在于：其中，所述步骤一中场景位置设置具体为：所述目标点s坐标为s(xs,0)，所述发射机T固定在坐标(xt,zt)，所述回波接收机A的接收天线沿着直线路径运动，该直线到目标点s的垂直距离为R0，所述回波接收机A一个采样位置的坐标为(xa,R0)，所述参考接收机B的位置是随机的，坐标为(xb,zb)。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁丽，叶阳阳，丁茜，伍斯璇，朱亦鸣，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31