【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及主动毫米波三维近场成像，具体涉及基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法及系统。
技术介绍
1、近年来，以聚四氟乙烯和玻璃纤维为代表的多种非金属介质材料构件因其优越的物理化学性能在军用和民用等领域得到广泛应用。但是，由于制造工艺良率和使用年限等因素，导致这些具有分层结构的非金属介质材料出现质量和安全等问题。因此，不论是生产还是使用过程中，在不破坏构件结构和使用性能的前提下，如何有效的对构件的表面和内部特征进行评估是很有必要的。
2、与x射线方案不同的是，频率为30-300ghz的毫米波不仅没有电离辐射的风险，而且可以实现毫米级的分辨精度、精细的重构目标的散射场信息、且对普通棉织衣物、聚四氟乙烯和玻璃纤维等介质材料具有良好的穿透性。故此，基于平面阵列的主动毫米波三维成像技术在注入机场安检、医疗成像和无损检测等领域具有其独特的优势，且具有重要的研究意义和社会应用价值。经过国内外研究者几十年的研究和发展，目前该技术在阵列设计和近场成像等领域取得了长足的进步。siso-sar阵列体制可视为基于单发单收模式的二维机械扫描等效为siso面阵与二维实孔径siso面阵的折衷，具备着数据采集速度快和硬件成本较低的优势。现有还有基于mimo-sar体制的方案，例如，中国专利公开号cn114942443a公开的基于mimo-sar的介质目标快速成像方法和装置。相较于mimo-sar体制来说，siso-sar的硬件架构成本和天线成交较低，电磁波信号的传输和接收的干扰较小，信号的收发链路的可靠性较高。另外，siso体制的天线
3、目前，自由空间假设是毫米波全息成像方法的常用假设。但是，对于分层的介质目标结构来说，由于建立的目标的回波模型的不准确会导致基于自由空间假设的方法得到的目标图像出现散焦的现象。目前的ibp算法虽然可以实现介质内部或缺陷的精确重构，但是包括了大量的电磁折射点方位计算和后向投影的步骤，导致了其计算效率方面的不足。到现今为止，对于无损检测的理论研究和实际应用中，基于毫米波近场siso-sar体制，同时具备精细的图像重构质量和较高的计算效率的方法还未涉及。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于由于自由空间假设，现有的基于毫米波siso-sar体制的快速成像算法不能很好的对分层介质目标成像，图像重构质量低且计算效率低。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，包括以下步骤：
3、步骤一、建立近场siso-sar回波信号模型；
4、步骤二、采样siso-sar回波数据，得到目标回波信号；
5、步骤三、对得到目标回波信号进行fft变换得到频域回波信号；
6、步骤四、对频域回波信号补偿相位项得到补偿后的信号；
7、步骤五、对补偿后的信号进行二维逆fft重构目标的散射场信息；
8、步骤六、重构目标的散射场信息之后通过空间波数积分得到完整的siso-sar聚焦图像。
9、进一步地，所述步骤二包括：
10、通过一维实孔径siso阵列发射宽带扫频信号，采用机械扫描架在高度向扫描的方式并采样siso-sar回波数据，假设雷达发射端和接收端的极化方向一致，不考虑信号传播衰减，根据一阶born近似得到目标回波信号的表达式为
11、s(k,rtr)＝jη0k∫ωσ(r)·etr(k,r,rtr)dr (1)
12、公式(1)中，j为虚数单位，η0为自由空间中的波阻抗，k为电磁波在自由空间中的波数且k＝2πf/c，f和c分别表示载波频率和光速，r为目标的坐标位置且r＝(x,y,z)，x,y,z分别为目标的横坐标、纵坐标以及竖坐标，rtr为收发端的坐标位置且rtr＝(xtr,y,z′)，xtr,y,z′分别为收发端的横坐标、纵坐标以及竖坐标；σ(r)和ω分别代表目标的反射率函数和图像重构区域，etr(k,r,rtr)为基于半空间介质的双向并矢格林函数。
13、更进一步地，所述步骤三包括：
14、假设一维siso阵列中所有的阵元均匀排布，对公式(1)中的xtr和z′作fft变换后得到
15、s(k,kx,kz)＝jη0k∫∫∫ωσ(r)·etr(k,r,rtr)dr×exp(-j(kxxtr+kzz′))dxtrdz′ (2)
16、公式(2)中，kx和kz分别与xtr和z′构成傅里叶变换对；
17、根据电磁学理论可知电磁波仅在垂直于阵列方向的空间波数分量是不连续的，通过驻定相位原理得到
18、etr(k,r,rtr)≈∫∫exp(jkx(xtr-x))·exp(jkz(z′-z))·exp(j(ky0y-ky1y))dkxdkz(3)
19、公式(3)中的第一波数分量ky0和第二波数分量ky1分别满足
20、
21、其中，kε为电磁波在介质材料中的波数且ε为目标的相对介电常数；
22、将公式(3)和公式(4)代入公式(2)得到谱域回波信号s(k,kx,kz)
23、s(k,kx,kz)＝jη0k∫ωσ(r)·exp(-j(kxx+kzz))·exp(j(ky0y-ky1y))dr (5)。
24、更进一步地，所述步骤四包括：
25、根据匹配滤波原理，公式(5)被重新表示为
26、
27、根据公式(6)，对s(k,kx,kz)进行相位补偿，得到补偿后的信号
28、
29、更进一步地，所述步骤五包括：
30、将公式(7)代入公式(6)，公式(6)变换为
31、
32、接下来对中的kx和kz执行二维逆fft，重构目标的散射场信息，得到
33、
34、更进一步地，所述步骤六包括：
35、通过空间波数积分得到完整的siso-sar聚焦图像，即
36、
37、本专利技术还提供基于毫米波siso-sar的介质目标成像系统，包括：
38、模型搭建模块，用于建立近场siso-sar回波信号模型；
39、回波采样模块，用于采样siso-sar回波数据，得到目标回波信号；
40、fft变换模块，用于对得到目标回波信号进行fft变换得到频域回波信号；
41、相位补偿模块，用于对频域回波信号补偿相位项得到补偿后的信号；
42、fft逆变换模块，用于对补偿后的信号进行二维逆fft重构目标的散射场信息；
43、图像输出模块，用于重构目标的散射场信息之后通过空间波数积分得到完整的siso-sar聚焦图像。
44、进一步地，所述回波采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤二包括：
3.根据权利要求2所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤三包括：
4.根据权利要求3所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤四包括：
5.根据权利要求4所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤五包括：
6.根据权利要求5所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤六包括：
7.基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像系统，其特征在于，所述回波采样模块还用于：
9.根据权利要求8所述的基于毫米波SISO-SAR的介质目标成像系统，其特征在于，所述FFT变换模块还用于：
10.根据权利要求9
...【技术特征摘要】
1.基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤二包括：
3.根据权利要求2所述的基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤三包括：
4.根据权利要求3所述的基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤四包括：
5.根据权利要求4所述的基于毫米波siso-sar的介质目标成像方法，其特征在于，所述步骤五包括：
6....
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