近程毫米波全息成像算法[1]

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近程目标毫米波全息成像算法及仿真

近程目标毫米波全息成像算法及仿真
朱莉;李兴国;王本庆
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2011(018)006
【摘要】为解决近程毫米波雷达目标探测过程中产生的回波相位干涉问题,引入全息技术研究近程目标的毫米波散射特性成像.该方法利用相位补偿因子,在波数域补偿电磁波的波前球面弯曲,反演目标的真实几何形状特征.给出了单目标散射特性一维成像的仿真实验,验证全息成像算法的有效性.对有无相位补偿情况下的多目标散射特性一维成像进行比较,结果表明该方法大大提高了成像精度.
【总页数】4页(P37-40)
【作者】朱莉;李兴国;王本庆
【作者单位】南京理工大学电光学院,南京210094;南京理工大学电光学院,南京210094;南京理工大学电光学院,南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】V271.4;T95
【相关文献】
1.近程目标太赫兹全息成像算法及仿真 [J], 张野;邓彬;秦玉亮;王宏强;
2.近程目标太赫兹全息成像算法及仿真 [J], 张野;邓彬;秦玉亮;王宏强
3.基于改进凸集投影的亚毫米波全息成像超分辨率算法 [J], 邵文浩;朱莉;刘婕;邹丽蓉
4.基于毫米波三维全息成像算法的人体检测技术 [J], 崔晓熙
5.一种毫米波全息成像系统方案及其仿真 [J], 汤燕;夏继钢;曹振新
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毫米波亚毫米波全息成像技术概述共60页

谢谢！
51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
毫米波亚毫米波全息成像技术概述
1、纪律是管理关系的形式。——阿法纳西耶夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响，而是让儿童练习良好道德行为，克服懒惰、轻率、不守纪律、颓废等不良行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养成儿童自觉的纪律性，这是儿童道德教育最重要的部分。—— 陈鹤琴
55、为中华

基于GAMP的近场毫米波成像快速算法

基于GAMP的近场毫米波成像快速算法高乐;毕东杰;彭礼彪;谢永乐【摘要】传统近场毫米波均匀采样成像由于扫描时间长和计算代价大等问题无法实现实时成像.为此,该文构建了近场毫米波压缩采样成像模型及相应的观测矩阵,提出了一种基于广义近似消息传递的近场毫米波压缩采样成像快速算法.该算法将广义近似消息传递有效嵌入到期望最大化框架,加快了收敛速度;并利用快速傅里叶变换、小波滤波等方式构造了观测矩阵的快速算子,避免了大型观测矩阵的构造、存储与计算,进一步提升了算法运算速度.实验结果表明该算法可以快速、有效地从压缩采样数据中重建近场毫米波二维图像,并在重建效果与运算时间上都优于主流的快速迭代阈值收缩算法.【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】6页(P168-173)【关键词】近似消息传递;压缩感知;毫米波成像;无损检测;合成孔径雷达【作者】高乐;毕东杰;彭礼彪;谢永乐【作者单位】电子科技大学自动化工程学院成都 611731;电子科技大学自动化工程学院成都 611731;电子科技大学自动化工程学院成都 611731;电子科技大学自动化工程学院成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN105;TP751.1近场毫米波合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)[1]成像系统可以有效检查各种复杂结构与复合材料，在无损检测与评价(nondestructive testing and evaluation, NDT&E)[2]中有着广泛应用。

天线探头发射毫米波(1～10 mm)质询信号，穿透介质材料后与试验样品(SUT)的内部结构作用产生反向散射数据，成像系统利用重建算法将采集的反向散射数据重建为试验样品的高分辨率图像。

但是，传统近场毫米波SAR成像系统要获得被测物体高质量重建图像，其空间和频率采样都必须遵循奈奎斯特采样定理，要求成像系统进行均匀采样，由此带来扫描时间过长和计算量过大等问题，给实时成像带来极大困难。

毫米波雷达成像算法

毫米波雷达成像算法
毫米波雷达成像算法主要包括以下步骤：
1.信号采集：通过雷达系统发射毫米波信号并接收目标反射的回波信号，获取包含目标信息的回波数据。

2.信号处理：对回波数据进行预处理，包括滤波、去噪、补偿等操作，以提高信号质量。

3.距离像估计：对处理后的回波数据进行距离像估计，得到每个目标点的距离像数据。

4.成像处理：对距离像数据进行成像处理，包括运动补偿、多普勒补偿、聚焦等操作，以提高成像质量。

5.目标检测与跟踪：在成像结果中检测并跟踪目标，提取目标的位置、速度、姿态等信息。

6.特征提取与分类：对目标进行特征提取和分类，以实现目标识别和分类。

在毫米波雷达成像算法中，信号处理和成像处理是关键步骤。

常用的信号处理算法包括匹配滤波器、自适应滤波器等；常用的成像处理算法包括频域成像、时域成像等。

为了提高算法性能，需要不断优化算法和参数选择，以适应不同的场景和应用需求。

近程目标太赫兹全息成像算法及仿真

1三维成像算法推导近程干信号照lyyx射目标经目标反射的回波与本振信号进行相干处理后将接收的空间分布信号变换到dsxyz0l波数域随后在波数域利用相位补偿的方法xx补偿电磁波的空间球面弯曲将球面波前补olozys偿为平面波前最终通过傅里叶逆变换反演antenna目标的散射分布函数
非补偿距离平面成像结果散焦的现象，对传统成像算法的缺陷进行分析，提出了基于循环补偿与
投影合成相结合的近程目标太赫兹三维全息成像方法。220 GHz条件下的Matlab仿真结果验证了所
提方法的有效性，实现了三维目标的聚焦成像。
关键词：太赫兹；全息；驻定相位法；三维成像；图像熵
中图分类号：T N 9 5 7. 5 2
第 14 卷第 4 期 2016 年 8 月
太赫兹科学与电子信息学报
Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology
Vo1．14，No．4 Aug．，2016
文章编号：2095-4980(2016)04-0513-07
(College of Electronic Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha Hunan 410073，China)
Abstract：Compared to traditional terahertz holographic imaging algorithm for short-distance targets based on spherical wave decomposition, the same imaging compensation formula is obtained based on the theory of stationary phase method. By analyzing the effect of array elements error on imaging results using the criterion of image entropy, it provides the theory basis to the design of the array elements position precision of imaging system. Aiming at the defocusing and fuzzy in 3-D targets imaging results at non-compensation distance which is too close, the defects of traditional imaging algorithm are analyzed, and terahertz 3-D holographic imaging method is proposed for short-distance target based on the combination of loop compensation and projection synthesis. The Matlab simulation results at 220 GHz show the effectiveness of the proposed method, which realizes the focused imaging of three-dimensional targets.

毫米波亚毫米波全息成像技术概述

2 近程毫米波全息成像原理
毫米波宽带全息成像原理如下图所示，在OXY平面有二维天线接收阵列，在距离 OXY 平面R处有目标所在的oxy平面。
2 近程毫米波全息成像原理
设照射源的宽带信号经过(x,y,z)处的目标散射后，回波信号被在(X,Y)处的接收天线接收，把收到的信号和本振信号进行下变频然后低通滤波，此时可得到每个频率点的信号为：
4 硬件设计
4.2 前端设计
成像系统的前端结 RF 构如图所示，系统发射的毫米波信号经过目标 LO 散射后被接收天线接收，信号经过环流器后分为两路，分别和两路 ( 其中一路延时 ) 本振信号进行混频，得到正交的两路 I 、 Q信号，经过放大器放大和AD采样，进行成像。
0º 90º I Q
3 机械扫描系统
3.4 扫描系统设计实例
单通道成像样机的机械扫描装置的主体结构是滑块丝杠结构，滑块带动接收前端由丝杠牵引进行扫描，如图所示，其定位误差在十分之一个波长以内。3 机械扫描系统3. Nhomakorabea 扫描速度
扫描速度要综合考虑积分时间和成像时间，在允许的成像时间内采用最大的积分时间以提高系统灵敏度。另外根据前面的讨论，扫描速度和积分时间应该有以下的约束关系： v / 2
如取 λ=8mm 和 τ=2ms ，则 v<2m/s 。以成 2m×2m 的毫米波图像为例，设转向时间占 10% ，积分时间降到2ms，回程采集数据，配合研制的 4通道接收前端，成像时间半分钟左右。
4 硬件设计
4.1 总体设计
成像系统硬件主要由天线、信号源、混频器、放大器、采样器以及信号处理器等构成，如下图所示。毫米波信号经环流器由天线向外辐射，经目标散射后回波信号又被天线接收，然后和本振信号混频得到零中频信号，经过放大器和滤波器后的信号进入AD采样得到离散的数字信号。

毫米波全息成像设备

毫米波全息成像设备中科专利毫米波成像原理•毫米波（一般20-300GHz）具有较强的穿透性，可穿透云雾、烟尘、一般的衣物等。

•毫米波满足准光学原理透射、折射和反射•人体亮温图人体安检用毫米波成像仪，依据人体轮廓内体表携带物亮温与人体亮温温差，检查人体表面携带物毫米波成像示例无水果刀钥匙等多卡电工刀嘴衔手机护照杂物毫米波成像系统的类型被动式毫米波成像•只接收天然的毫米波或被测对象发出的毫米波来对物体进行•本次检索不涉及毫米波全息（主动式）成像•向被测对象发射毫米波，并接收来自被测对象的毫米波，往往需要用天线对被测对象进行扫描•本次检索的对象Х√检索主题子项目1.毫米波全息成像设备的整机及工作方式1.1毫米波全息成像（主动式）整机设备1.2毫米波全息成像（主动式）方法1.3毫米波成像系统（主动式）的标定方法1.4毫米波全息重建方法（仅供研发人员参考）2.信号处理分系统 2.1毫米波信号处理系统3.扫描分系统3.1毫米波扫描系统3.2毫米波扫描方法单频全息图重建原理yxz扫描平面目标物体f(x,y)⎰⎰+-+-⋅⋅-⋅=dxdyey x f y x s d y y x x k j 222)0()0(2),()0,0(•二维平面逐点扫描•重建目标物体的反射系数图像•单频二维重建⎭⎬⎫⎩⎨⎧⋅=--⋅⋅--2224212)],([),(yx k k k d j d de y x s FT FT y x f宽频全息图重建yxz扫描平面目标物体f(x,y,z)•二维平面逐点扫描•增加一维频率扫描•宽频三维重建•重建目标物体的表面反射系数图像dzdxdy ez y x f y x s z z y y x x k j ⎰⎰-+-+-⋅⋅-⋅=222)0()0()0(2),,(),0,0(ω⎭⎬⎫⎩⎨⎧⋅=--⋅⋅--22240213)],,([),,(yx k k k z j d d ey x s FT FT z y x f ω全息成像：扫描方式•理想扫描：•空间采样：扫描平面内均匀网格状采样•频率采样：在每个空间采样点以不同的工作频率采样•发射天线和接受天线的位置重合………………………………………………………………………………………………毫米波全息成像示例毫米波信号处理装置毫米波信号处理装置扫描驱动装置控制装置被测对象图像处理装置天线阵列天线阵列主体框架扫描区域扫描区域入口出口结果输出毫米波成像设备标定方法与机构不同通道的信号经过的路径、开关器件、混频器、频率发生器都有可能不同，会导致不同通道的信号的零点、增益、相位都有所不同，需要对之进行校正，这就涉及到标定的方法及对应的机构。

毫米波近场成像技术综述

ｃａｅａｏｅｅｔｏ，ｅｄｗｅｐｎｄｔｃｉｎｌ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｉｉｔｒｗｖｍａｉｇ；ｍｉｒｗｖｏｏｒｐｉｉｇｎｌｍｅｅａｅｉｇｎｌｃｏａｅｈｌｇａｈｃｍａｉｇ；ｆｃｌｐａｅａｒｙｉｇｎ；ｆｃｓｇａｔｎａｏａｌｎｒａｍａｉｇｏｕｉｎｅｎｎ
维普资讯
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６・
装备环境工程ＥＵＰＥＴＮＩＯＭＮＡＥＧＮＥＩＧＱＩＭＮＥＶＲＮＥＴＬＮＩＥＲＮ
第５卷第１期２０年０月０８２
毫米波近场成像技术综述
王楠楠，邱景辉，陆凯，于锋，邓维波
光学和红外成像无疑具有很高的分辨率，在但
雨雾天不能工作，不能用于探测人体隐蔽物体。更
９０ｍ波长Ａ＝８ｍ则ｚ０．的范围均属０ｍ，ｍ， ≤２２５ｍ
于近场。当前，于近场探测人体隐蔽物体的毫米用
收稿日期：０７—１２２０１— ５
作者简介：王楠楠（９２，，１８一）女吉林四平人，博士研究生，主要研究方向为毫米波成像系统、波毫米波天线等。微
（哈尔滨工业大学电子与信息技术研究院，哈尔滨１００）５０１
摘要：绍了用于探测人体隐蔽物体的毫米波焦面阵成像系统及毫米波全息成像系统；介简述了利用合
成孔径原理提高系统分辨率的毫米波全息成像系统的基本原理；着重分析了毫米波焦面阵成像系统的天线

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：ｂｓｔｒａｃｔＦｏｒｔｈｅｄｅｃｌｉｎｉｎｏｆｔｈｅｉｍａｉｎｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｒａｎｅｍｉｌｌｉｈａｓｅＡ－－ｇｇｇｙｇｐ
第３３卷第１２期２月２０１１年１
）文章编号：１００１５０６Ｘ（２０１１１２２５７７０５－－－
系统工程与电子技术ＳｓｔｅｍｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｙｇｇａ
０引言
在保留高分辨力的毫米波兼具有微波与红外的优点，前提下还具有一定的穿透能力，因此毫米波目标探测是雷达技术的重要发展方向。近程毫米波主动成像技术是对几米至几十米范围内的目标成像，与被动成像体制相比具有高分辨、高灵敏度以及无像差的优点，具有很高的实用价值。通过对复杂目标的散射成像，可以得到目标上各个散射点的空间位置和幅度信息，从而有效指导武器系统的精确打击或对目标隐身性能的改造。近年来，近程毫米波主动成像技术得到了很大发展，美国的西北太平洋国家实验室已研制出基于圆柱扫描的主动
把全息成像算法引入摘要：针对近程目标毫米波成像过程中由于相位干涉而导致成像分辨率下降的问题，针对电磁波的波前球面弯曲，在空间波数谱上到近程毫米波成像。该算法通过电磁波从空间域到波数域的转换，使之同相相加，从而有效抑制干涉效应，提高成像分辨率。以上算法对目标尺寸有有效调整各阵元信号的相位，一定的限制，对于大尺寸目标的成像，提出了波数域外推算法，通过对测量面和源面的合理外推及截取，有效抑制了卷绕效应和Ｇ同样提高成像质量。ｉｂｂｓ效应，关键词：毫米波；近程探测；全息成像；波数域外推：／中图分类号：ＴＮ９６５．２文献标志码：ＡＤＯＩ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００１５０６Ｘ．２０１１．１２．０２－ｊ
图２近程目标ｕｒｉｅｒ变换的近程毫米波全息成像的特点是引入了相位补偿，其作用是补偿近程成像过程中球面波所造成的相位干涉，这正是近程成像与远距离成像的主要区别。相位补偿的效果就相当于焦距为Ｒ的凸透把球面波前变成平面波前，如图３所示。相位补偿项镜，的引入很好的消除了近程目标像的模糊现象，ｅｘ－ｉＲｋｐ（ｚ）压缩了像点，两种情况的对比如图４所示，实验仿真条件为：天线扫描阵列的尺寸为２ｍ×２ｍ，距离目标所在平面目标假设为一点目标体，位于成像坐标系的原点位置，１ｍ，天线发射信号为１测量过程中采样００ＧＨｚ的连续波信号，间隔为５ｍｍ。
（ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＥｌｅｃｔｒｏ－Ｏｔｉｃａｌ，ｐｆｇｇ，ｆｐＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＮａｎｉｎ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）ｊｇｙｆｇｙ，ｊｇ
，ｍｅｔｅｒｗａｖｅｉｍａｉｎｔｈｅｈｏｌｏｒａｈｉｃｉｍａｉｎａｌｏｒｉｔｈｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｓｔｕｄｔｈｅｍｍｗｉｍａｉｎｏｆｒｏｃｅｓｓｇｇｇｐｇｇｇｙｇｇｐｓｈｏｒｔｒａｎｅｔａｒｅｔｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｗａｖｅｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｓａｃｅｄｏｍａｉｎｔｏｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｄｏｍａｉｎｉｎｔｈｅ－ｇｇｇｐ，ｓｈｅｒｉｃａｌｗａｖｅｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｗａｖｅｓｔｈｅｓｉｎａｌｏｆｔｈｅａｒｒａｅｌｅｍｅｎｔｉｓａｄｕｓａｌｏｒｉｔｈｍ．Ｆｏｒｈａｓｅ－ｐｇｇｙｊｇｐｔｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｉｎｓａｃｅｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｓｅｃｔｒｕｍａｎｄｉｓａｄｄｅｄ．Ｉｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｓｕｒｅｓｓｅｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｙｐｐｙｐｐ，ｉｍｒｏｖｅｓｔｈｅｉｍａｉｎｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔａｒｅｔｓｉｚｅｉｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｉｎｔｈｉｓａｌｏｒｉｔｈｍ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓｔｈｅａｌｏｒｉｔｈｍｏｆｐｇｇｇｇｇｎｕｍｂｅｒｄｏｍａｉｎｅｘｔｒａｏｌａｔｉｏｎｉｓｔｏｌａｒｅｓｉｚｅｔａｒｅｔｉｍａｉｎ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｓｕｒｆａｃｅａｎｄｓｏｕｒｃｅｗａｖｅｒｏｏｓｅｄｐｇｇｇｇｇｐｐｓｕｒｆａｃｅａｒｅｅｘｔｒａｏｌａｔｅｄａｎｄｉｎｔｅｒｃｅｔｅｄｒｅａｓｏｎａｂｌ．ＷｉｎｄｉｎｅｆｆｅｃｔａｎｄＧｉｂｂｓｅｆｆｅｃｔａｒｅｉｎｈｉｂｉｔｅｄａｎｄｉｍａｅｐｐｙｇｇｉｓｉｍｒｏｖｅｄ．ｕａｌｉｔｐｑｙ：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｓｈｏｒｔｒａｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｈｏｌｏｒａｈｉｃｉｍａｉｎｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｄｏｍａｉｎｅｘｔｒａｏｌａ－－ｇｇｐｇｇｐｙｔｉｏｎ
第３３卷

１基于Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的全息成像算法
近程毫米波全息成像的基本原理是利用毫米波相干源经目标反射的回波和本振信号进行相干处理而照射目标，］７１０－。获得全息图，最后经过反演得到目标像［根据毫米波照射源的带宽和调制形式，可以分为窄带全息和宽带全息。窄带全息使用单频毫米波源照射目标，原理和实现比较简单，但是距离向分辨率和成像质量都较差；宽带全息则利用经调制后的宽频带信号源照射目标，可能够体现全息成像以对目标进行精确的高质量三维成像，的优越性。下面主要讨论基于Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的宽带三维全息成像算法。毫米波三维全息成像原理如图１所示。假设发射的毫的散射后，回波信号米波宽带相干信号经过目标Ｓ（ｘ，ｚ）ｙ，由Ｘ将接收到的回波信号和Ｙ平面上的二维天线阵接收，本振信号进行混频后得到零中频信号：
；修回日期：。收稿日期：２０１０１１１２２０１１０８０１－－－－）基金项目：国家自然科学基金（资助课题６１００１０１０
］１６－。但是该系统在算法方面存在诸多不足，如要成像系统［求全息测量面和目标表面必须共形，要求全息测量面大于被测目标的２倍，这对于尺寸较大的目标来说就比较难以实现等。国内在近程毫米波成像领域目前侧重于被动合成孔径成像的研究，已有较成熟的算法和成像样机。而近程毫米波主动成像还属于起步阶段，目前还没有成熟的成像主要的算法和成像样机。上述两种体制的成像过程类似，区别在成像算法上面。针对近程毫米波主动成像的特点，提出借鉴光学全息成像，将全息技术引入到近程毫米波成像中。分析了基于Ｆｏｕ－对二维及三维全息成像效果进行ｒｉｅｒ变换的全息成像算法，了比较。在此基础上特别提出了针对大尺寸目标成像的波数域外推算法，最后对成像算法进行了仿真和分析讨论。
，：作者简介：朱莉（女，讲师，博士研究生，主要研究方向为近程毫米波精确探测技术。１９７９Ｅ－ｍａｉｌｈｆｒ３１７ｚｌｉ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ－）－＠ｖｊｐ