CN104714211B - 一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板装置的制造方法，包括以下步骤：步骤1，采用循环S矩阵设计圆形编码矩阵模板；步骤2，制作半径与编码矩阵模板相同且带有出射狭缝的出射狭缝模板，并将其固定于编码矩阵模板射出毫米波的一侧，其圆心在编码矩阵模板上的投影与编码矩阵码板圆心重合；步骤3，将编码矩阵模板连接电机与传动装置，并在控制模块的作用下编码矩阵模板绕圆心旋转。本发明基于循环S矩阵制作的圆形测量挡板，其运动机制为旋转运动型，这种旋转运动型测量挡板构造最复杂，但是体积中等，运动机制最简单。

Description

一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法
技术领域
本发明涉及毫米波探测成像的技术领域，特别是一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法。
背景技术
单通道毫米波编码成像系统中关键部分是测量挡板。图像重构算法的好坏决定最终得到的毫米波图像与真实场景图像的接近程度，而能够正确成像的前提是测量挡板设计正确。
Sylvester型H矩阵是理论上的最佳编码测量矩阵，而S矩阵可以由Sylvester型H矩阵经初等矩阵变换得到，对于S矩阵，0、1编码构型易于实现，是实用中的最佳编码矩阵。由0、1构成的循环S矩阵可以由自然移位m序列产生，易于硬件实现。从实际角度考虑，本设计选择循环S矩阵作为系统的编码测量矩阵来设计编码模板。
现有的测量挡板装置主要都为矩形，矩形挡板硬件实现简单，运动机制也容易实现；矩形挡板运动机制主要有直线运动型和折返运动型。折返运动型测量挡板构造简单，运动空间最小，运动机构最复杂；直线运动型测量挡板构造简单，运动空间中等，运动机构相对简单。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明基于循环S矩阵制作的圆形测量挡板，其运动机制为旋转运动型，这种旋转运动型测量挡板构造复杂，运动空间最大，但是运动机制最简单。
一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板装置的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，采用循环S矩阵设计圆形编码矩阵模板；
步骤2，制作半径与编码矩阵模板相同且带有出射狭缝的出射狭缝模板，并将其固定于编码矩阵模板射出毫米波的一侧，其圆心在编码矩阵模板上的投影与编码矩阵模板圆心重合；
步骤3，将编码矩阵模板连接电机与传动装置，并在控制模块的作用下编码矩阵模板绕圆心旋转。
实现本方法，步骤1中圆形编码矩阵模板1采用循环S矩阵设计，设计过程如下：
步骤1.1，构造一个22n-1阶循环S矩阵A，n为正整数，折叠码矩阵大小为(2n-1)×(2n+1)，循环S矩阵为0，1矩阵；
步骤1.2，将循环S矩阵A的第一行折叠为(2n-1)×(2n+1)的矩阵B，将2n个B矩阵依次横向排列；
步骤1.3，从第二个B矩阵开始变化，变化规则为：后一个矩阵是前一个矩阵将第1行移至最后1行，第2行分别向上移动1行得到的；
步骤1.4，对变换后的2n个矩阵，取第1～(2n-1)行，第1～2n(2n+1)-1列，得到一个(2n-1)×[2n(2n+1)-1]矩阵C；
步骤1.5，根据矩阵C制作码板，且矩阵C中的0对应码板上毫米波不透过部分，1对应码板上毫米波透过部分；
步骤1.6，在直线形码板最后添加一列定位码元构成(2n-1)行、2n(2n+1)列的形状；
步骤1.7，将添加了定位码元的直线形码板首尾相接得到圆形的编码矩阵模板1。
本发明采用以下方法进一步实现发明目的：
(1)出射狭缝模板的制作方法如下：在出射狭缝模板上以圆心为起点沿径向出射狭缝模板边缘切割一个扇形缺口的出射狭缝。
(2)出射狭缝尺寸满足每次测量仅有2n+1列码元编码过的毫米波从出射狭缝中射出。
(3)编码矩阵模板旋转满足以下条件：每次测量仅移动一列码元。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：基于循环S矩阵的圆形测量挡板，运动机制为旋转运动型，这种旋转运动型测量挡板构造最复杂，运动空间最大，但是运动机制最简单；并且由于挡板是基于循环S矩阵的码板，所以是实际应用中的最佳编码挡板。相比于直线运动型挡板和折返运动型挡板，本发明中的旋转运动型圆形测量挡板对图像重构具有极大的优势。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为按照本发明设计出的测量挡板原理框图；
图3为采用循环S矩阵构造编码矩阵模板原理示意图；
图4为以15阶循环S矩阵为例子构成的直线形码板示意图；
图5为以15阶循环S矩阵为例子构成的直线形码板加上定位码元的示意图。
具体实施方式
结合图1，一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，包括以下步骤：
步骤1，采用循环S矩阵设计圆形编码矩阵模板1；
步骤2，制作半径与编码矩阵模板1相同且带有出射狭缝2-1的出射狭缝模板2，并将其固定于编码矩阵模板1射出毫米波的一侧，其圆心在编码矩阵模板1上的投影与编码矩阵模板1圆心重合；
步骤3，将编码矩阵模板1连接电机与传动装置3，并在控制模块4的作用下编码矩阵模板1绕圆心旋转。
结合图3，步骤1的具体设计过程如下：
步骤1.1，构造一个22n-1阶循环S矩阵A，n为正整数，折叠码矩阵大小为(2n-1)×(2n+1)，循环S矩阵为0，1矩阵；
步骤1.2，将循环S矩阵A的第一行折叠为(2n-1)×(2n+1)的矩阵B，将2n个B矩阵依次横向排列；
步骤1.3，从第二个B矩阵开始变化，变化规则为：后一个矩阵是前一个矩阵将第1行移至最后1行，第2行分别向上移动1行得到的；
步骤1.4，对变换后的2n个矩阵，取第1～(2n-1)行，第1～2n(2n+1)-1列，得到一个(2n-1)×[2n(2n+1)-1]矩阵C；
步骤1.5，根据矩阵C制作码板，且矩阵C中的0对应码板上毫米波不透过部分(如图4、5中的黑色码元)，1对应码板上毫米波透过部分(如图4、5中的白色码元)，如图4所示；
步骤1.6，在直线形码板最后添加一列定位码元构成(2n-1)行、2n(2n+1)列的形状，如图5所示；
步骤1.7，将添加了定位码元的直线形码板首尾相接得到圆形的编码矩阵模板1。
采用上述方法得到的单通道毫米波编码成像系统的测量挡板，包括编码矩阵模板1、出射狭缝模板2、电机与传动装置3和控制模块4，
编码矩阵模板1对毫米波进行编码调制，出射狭缝模板2设有出射狭缝2-1，经过编码调制后的毫米波通过出射狭缝2-1射出，出射狭缝2-1尺寸满足每次测量仅有2n+1列码元编码过的毫米波从出射狭缝2-1中射出。
电机与传动装置3与编码矩阵模板1连接，给编码矩阵模板1动力，编码矩阵模板1在控制模块4的控制下运动，运动符合以下规律：每一次测量，编码矩阵模板1只移动一列码元。
结合图2，编码矩阵模板1和出射狭缝模板2为形状对应的圆形。编码矩阵模板1与出射狭缝模板2紧密靠近，且圆点重叠。出射狭缝模板2固定不动，编码矩阵模板1绕自身圆心旋转。编码矩阵模板1圆心处安装有电机与传动装置3，电机带动传动装置使编码矩阵模板1按一定规律旋转。控制模块4控制电机与传动装置3。
编码矩阵模板1与出射狭缝模板2在不影响转动的前提下紧密靠近，且圆点重叠。出射狭缝模板2固定不动，即出射狭缝2-1不变，编码矩阵模板1绕自身圆心旋转。
测量时，编码矩阵模板1按照一定规律运动，该规律满足以下条件：第一次测量，编码矩阵模板1将第1～2n+1列码元露出出射狭缝2-1，即只有第1～2n+1列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；第二次测量编码矩阵模板1将第2～2n+2列码元露出出射狭缝2-1，即只有第2～2n+2列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；第三次测量编码矩阵模板1将第3～2n+3列码元露出出射狭缝2-1，即只有第3～2n+3列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；以此类推，一直到定位码元露出出射狭缝2-1，完成一幅图像的采集。
结合图4、5，以15阶循环S矩阵为例，编码矩阵模板1的设计步骤如下：
构造一个15阶循环S矩阵来完成对目标场景的全部编码测量，将第一行折叠为3×5的矩阵，把4个这样的矩阵依次横向排列，其中后一个矩阵是前一个矩阵将最后一行移至第一行得到的。取第1～3行，第1～19列，得到直线形的码板。在直线形码板最后添加一列，构成3行、20列的形状。添加的码元用来占用一列码元位置，将用这一列作为码板的定位区域，将其首尾相接得到圆形的编码矩阵模板1。
测量时，编码矩阵模板1按照一定规律运动，该规律满足以下条件：第一次测量，编码矩阵模板1将第1～5列码元露出出射狭缝2-1，即只有第1～5列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；第二次测量编码矩阵模板1将第2～6列码元露出出射狭缝2-1，即只有第2～6列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；第三次测量编码矩阵模板1将第3～7列码元露出出射狭缝2-1，即只有第3～7列码元编码后的毫米波射出出射狭缝2-1；以此类推，一直到定位码元露出出射狭缝2-1，完成一幅图像的采集。

Claims (5)

1.一种单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用循环S矩阵设计圆形编码矩阵模板(1)；
步骤2，制作半径与编码矩阵模板(1)相同且带有出射狭缝(2-1)的出射狭缝模板(2)，并将其固定于编码矩阵模板(1)射出毫米波的一侧，其圆心在编码矩阵模板(1)上的投影与编码矩阵模板(1)圆心重合；
步骤3，将编码矩阵模板(1)连接电机与传动装置(3)，编码矩阵模板(1)在控制模块(4)的作用下绕圆心旋转。
2.根据权利要求1所述的单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，其特征在于，步骤1的具体设计过程如下：
步骤1.1，构造一个22n-1阶循环S矩阵A，n为正整数，折叠码矩阵大小为(2n-1)×(2n+1)，循环S矩阵为0，1矩阵；
步骤1.2，将循环S矩阵A的第一行折叠为(2n-1)×(2n+1)的矩阵B，将2n个B矩阵依次横向排列；
步骤1.3，从第二个B矩阵开始变化，变化规则为：后一个矩阵是前一个矩阵将第1行移至最后1行，第2行分别向上移动1行得到的；
步骤1.4，对变换后的2n个矩阵，取第1～(2n-1)行，第1～2n(2n+1)-1列，得到一个(2n-1)×[2n(2n+1)-1]矩阵C；
步骤1.5，根据矩阵C制作码板，且矩阵C中的0对应码板上非透射码元，表示毫米波不透过部分，1对应码板上透射码元，表示毫米波透过部分；
步骤1.6，在直线形码板最后添加一列定位码元构成(2n-1)行、2n(2n+1)列的形状；
步骤1.7，将添加了定位码元的直线形码板首尾相接得到圆形的编码矩阵模板(1)。
3.根据权利要求2所述的单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，其特征在于，出射狭缝模板(2)的制作方法如下：在出射狭缝模板(2)上以圆心为起点沿出射狭缝模板(2)径向切割一个扇形缺口作为出射狭缝(2-1)。
4.根据权利要求3所述的单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，其特征在于，出射狭缝(2-1)尺寸满足每次测量仅有2n+1列码元编码过的毫米波从出射狭缝(2-1)中射出。
5.根据权利要求2所述的单通道毫米波编码成像系统的测量挡板设计方法，其特征在于，步骤3中编码矩阵模板(1)旋转满足以下条件：每次测量仅移动一列码元。
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