专利名称：一种校正多通道幅相误差的微波三维成像方法
技术领域：
本发明涉及微波三维成像技术领域，特别是用于阵列天线的一种校正多通道幅相 误差的微波三维成像方法。
背景技术：
阵列天线微波三维成像系统是一种新的微波三维成像技术，如
图1所示，成像系 统通过运载平台(如飞机、卫星、地面轨道等)的运动在运动方向上(方位向X)形成了一 个合成孔径；再通过沿与运载平台运动方向垂直的方向(跨航向Y)的阵列天线，形成了阵 列合成孔径；在电磁波的传播方向采用发射宽带信号然后进行脉冲压缩；实现对观测区域 /目标的三维分辨成像。
由于阵列天线微波三维成像系统是一个多通道系统，存在由不同的天线特性及传 输线、微波开关等引入的不可预计的通道间幅相误差，如果不进行补偿或校正会使所有已 有的三维成像算法失效，在三维成像结果中带来严重的图像散焦。
目前，国内外就阵列天线微波三维成像系统(如下视阵列天线合成孔径雷达)的 三维成像处理理论与方法开展了一些研究(R. Giret, H. Jeuland and P. Enert. “A Study of a 3D-SAR Concept for a Millimeter-ffave Imaging Radar onboard an UAV，，,EURAD, Amsterdam, The Netherlands, 2004.),但在采用阵列天线的微波三维成像中，引入多通道 幅相误差校正方面尚未公开发表过与之相关的文献或申请相关的专利。发明内容
本发明的目的是公开一种校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，可对阵列天 线回波数据校正幅相误差，得到三维图像，以解决当阵列天线微波成像系统的多个收发通 道间由于各个天线的特性不同及各通道中传输线、微波开关等引起通路幅相存在差异时， 直接成像处理存在无法聚焦成像的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是
—种校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，用于阵列天线；其将微波原始三 维回波数据中各通道的二维数据，做成目标区域的二维像，幅度误差校正过程在各通道成 出二维像之后进行，通过将二维像数据中的定标器目标(如角反射器)作为参考目标，以所 有通道二维像中参考目标峰值处的最大幅度值为参考，对所有其他通道的二维像按比例进 行幅度校正。幅度误差校正后，首先进行多通道距离偏移校正，再进行相位误差校正，最后 沿Y方向使用后向投影算法完成三维成像。
所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其包括步骤
步骤S1:针对微波原始三维回波数据，对跨航向Y的每个接收通道i接收到的二 维数据使用二维成像算法(如距离多普勒算法、Chirp-Scaling算法、距离徙动算法等)成出目标区域的二维像S1 (t，x, i)，其中t表示回波数据的快时间坐标，-表示回波数据慢时间对应的方位坐标；
步骤S2:以步骤SI得到的所有二维像中的定标器目标(如角反射器)为参考目标，并记录二维像中参考目标峰值处的幅度值，以最大的幅度值为参考，对所有其他通道的二维像按比例进行幅度校正，得到S2 (t，X，i)；
步骤S3 :对步骤S2得到的每个通道的二维像，得到参考目标与接收通道i所对应接收天线的距离Rp, i，并以第一个、最后一个和最中间一个通道的参考目标与天线距离算出参考目标与每个接收通道所对应接收天线的理想距离历程元，,，形成校正多通道距离偏移的滤波器H1 (f)，其中f为距离向的频率轴坐标；
步骤S4 :对步骤S2得到的结果在距离向进行傅立叶变换，然后与步骤S3得到的滤波器H1 (f)相乘，再沿距离向进行傅立叶逆变换，得到消除参考目标距离偏移的三维数据s3(t, X, i)；
步骤S5 :对步骤S4得到的结果，在每个通道二维像的参考目标峰值处提取相位值 Oi并进行解缠，并从步骤S3中得到的参考目标沿Y方向的理想距离历程算出理想相位历程夺，与参考目标峰值处提取的相位值相减，得到用来校正阵列天线多通道相位误差的相位因子H2 (i)；
步骤S6 :对步骤S4得到的结果沿Y方向乘以步骤S5得到的相位误差校正因子 H2(i)；
步骤S7 :对步骤S6得到的结果沿Y方向使用后向投影算法，最终得到成像目标区域的三维图像g(x, y, z),其中X、y和z是空间直角坐标系OXYZ中的坐标。
所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其所述步骤S3中参考目标与每个接收通道所对应接收天线的理想距离历程或^.，由天线阵列和参考目标的成像几何中如下三角方程式求解得到
a)对于自发自收模式
权利要求
1.一种校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，用于阵列天线；其特征在于，将微波原始三维回波数据中各通道的二维数据，做成目标区域的二维像，幅度误差校正过程在各通道成出二维像之后进行，通过将二维像数据中的定标器目标作为参考目标，以所有通道二维像中参考目标峰值处的最大幅度值为参考，对所有其他通道的二维像按比例进行幅度校正；幅度误差校正后，首先进行多通道距离偏移校正，再进行相位误差校正，最后沿Y方向使用后向投影算法完成三维成像。
2.根据权利要求1中所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其特征在于，包括步骤 步骤S1:针对微波原始三维回波数据，对跨航向Y的每个接收通道i接收到的二维数据使用二维成像算法成出目标区域的二维像S1 (t，x, i)，其中t表示回波数据的快时间坐标，$表示回波数据慢时间对应的方位坐标； 步骤S2 以步骤SI得到的所有二维像中的定标器目标为参考目标，并记录二维像中参考目标峰值处的幅度值，以最大的幅度值为参考，对所有其他通道的二维像按比例进行幅度校正，得到s2 (t, X, i)； 步骤S3 :对步骤S2得到的每个通道的二维像，得到参考目标与接收通道i所对应接收天线的距离Rp, i，并以第一个、最后一个和最中间一个通道的参考目标与天线距离算出参考目标与每个接收天线的理想距离历程或^，形成校正多通道距离偏移的滤波器H1 (f)，其中f为距离向的频率轴坐标； 步骤S4 :对步骤S2得到的结果在距离向进行傅立叶变换，然后与步骤S3得到的滤波器H1 (f)相乘，再沿距离向进行傅立叶逆变换，得到消除参考目标距离偏移的三维数据S3(t, X, i)； 步骤S5 :对步骤S4得到的结果，在每个通道二维像的参考目标峰值处提取相位值Oi并进行解缠，并从步骤S3中得到的参考目标沿Y方向的理想距离历程算出理想相位历程，与参考目标峰值处提取的相位值相减，得到用来校正阵列天线多通道相位误差的相位因子H2(i)； 步骤S6 :对步骤S4得到的结果沿Y方向乘以步骤S5得到的相位误差校正因子H2 (i)； 步骤S7 :对步骤S6得到的结果沿Y方向使用后向投影算法，最终得到成像目标区域的三维图像g(x, y, z),其中x、y和z是空间直角坐标系OXYZ中的坐标。
3.根据权利要求1中所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其特征在于，所述步骤S3中参考目标与每个接收天线的理想距离历程元，,，由天线阵列和参考目标的成像几何中如下三角方程式求解得到 a)对于自发自收模式
4.根据权利要求1中所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其特征在于，所述步骤S5的理想相位历程务为^-Rp,,对于自发自收模式O1=I A ’! ^(RPl+RPc),对于单发多收模式 其中为从步骤S3中估计得到的阵列中心天线到参考目标的距离。
5.根据权利要求1中所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其特征在于，所述步骤S3的校正多通道距离偏移的滤波器为H1(J) = Qxp[j27i^-^(RP1-Rpi)] 步骤S5的校正多通道相位误差的相位因子H2 (i)为 H2 (/') = exp{7
} 其中，f。为雷达工作中心频率，unwrap ()表示相位解缠算子。
6.根据权利要求1或2所述的校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，其特征在于，所述二维像数据中的定标器目标，为角反射器；二维成像算法，为距离多普勒算法、Chirp-Scaling算法、距离徙动算法其中之一,或它们的组合。
全文摘要
一种校正多通道幅相误差的微波三维成像方法，涉及微波三维成像技术，对微波原始三维回波数据中每个接收通道二维数据用二维成像算法得二维像；在所有二维像中以定标器目标为参考目标，以各通道参考目标最大幅度值为参考，对所有通道数据进行幅度校正；得到参考目标到各接收天线的实际距离和理想距离，作为校正多通道距离偏移的滤波器H1(f)；用傅立叶变换将信号变换到距离向频域，与滤波器相乘，再用傅立叶逆变换将信号变换回距离向时域；取每个二维像中参考目标峰值处解缠相位，与理想距离算出的理想相位历程相减，得校正多通道相位误差的因子H2(i)；用H2(i)与二维成像后的数据相乘补偿相位误差的影响；沿跨行向Y使用后向投影算法得聚焦良好的目标区域三维图像。
文档编号G01S13/90GK103018739SQ201110279290
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者王彦平, 韩阔业, 谭维贤, 洪文, 吴一戎 申请人:中国科学院电子学研究所