CN109507744A - 一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，包括：对发射天线阵列单元做α倍稀疏；其中，α为正偶数；获取发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性；根据发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性，判断是否满足阵列稀疏约束条件；若确定满足阵列稀疏约束条件，则在阵列稀疏约束条件下，通过求解发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小的方法，获得最优的稀疏布阵方式。本发明公开了一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，稀疏后的阵列天线单元个数降低为原来的三分之一，大大降低了成本，减轻了天线阵列的重量，便于系统运输和调试，降低了圆周扫描三维成像系统的成本以及天线阵列的重量。

Description

一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法

技术领域

本发明属于毫米波安检成像技术领域，尤其涉及一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法。

背景技术

近年来国内外的恐怖袭击事件频繁发生，危险物品的种类也越来越多，传统的安检手段已经不满足当前安检市场的需求。传统的金属探测器仅能探测金属违禁品，对塑料炸弹、陶瓷刀具都无能为力；X光安检设备虽然能检测所有的违禁物品，但是对人体健康有一定的威胁，不是最佳的安检手段。

目前毫米波三维成像技术是一种替代传统安检手段的有效方法。L3公司的圆柱扫描三维成像系统是目前市场上主要的毫米波三维成像系统。但是该系统的成本至少是传统金属安检门的几十倍，不利于大面积的推广使用。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，稀疏后的阵列天线单元个数降低为原来的三分之一，大大降低了成本，减轻了天线阵列的重量，便于系统运输和调试，降低了圆周扫描三维成像系统的成本以及天线阵列的重量。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，包括：

对发射天线阵列单元做α倍稀疏；其中，α为正偶数；

获取发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性；

根据发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性，判断是否满足阵列稀疏约束条件；

若确定满足阵列稀疏约束条件，则在阵列稀疏约束条件下，通过求解发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小的方法，获得最优的稀疏布阵方式。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，阵列稀疏约束条件，包括：

约束条件一：发射天线阵列单元的稀疏是周期性且等间隔的；

约束条件二：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置是唯一的，即不出现重复的等效位置；

约束条件三：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置的间隔符合奈奎斯特采样定律。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，等效位置为任意发射天线阵列单元到参与接收的任意接收天线阵列单元距离连线的中点位置；等效位置不重复等价于任意发射天线阵列单元位置到接收此发射天线阵列单元信号的任意接收天线阵列单元位置连线长度不重复。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，接收天线阵列单元和发射天线阵列单元的位置是分离的，即收发分置；

取：

稀疏天线某个发射天线阵列单元的位置为T_m，某个接收天线阵列单元的位置为R_n；同一个稀疏天线阵列的另一个发射天线阵列单元的位置为T_m′，另一个接收天线阵列单元的位置为R_n′，

则：

T_m+R_n≠T_m′+R_n′

其中，m∈[1,M],n∈[1,N]，M为发射天线阵列单元的个数，N为接收天线阵列单元的个数。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，

发射天线阵列单元的位置集合为A_i，且A_i∈{i·αdx},i＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；

接收天线阵列单元的位置集合为B_k，且B_k∈{β_k+dev}，

等效位置集合为C_j，且满足2C_j＝A_i+B_k，C_j∈{j·dx},j＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；

其中，dx为等效后的采样间隔，α为稀疏比，固定偏移量dev为一个常数，且

等效位置的间隔满足奈奎斯特采样定律，即j为连续分布的整数，因此：对每一个i，

将完整的天线阵列分成若干个小周期，小周期稀疏后，再拼接成完整的天线阵列；其中，周期天线的一个周期为T_period，且T_period＝α²dx/2。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小，具体是指：所有发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离的和R_RTsum最小：

通过循环求最优的方法可以获得偏移量dev的最优解，循环求最优时，dev的间隔可以是任意小的正数。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，发射天线阵列单元与接收此发射天线阵列单元信号的各接收天线阵列单元距离R_RT不宜过远，R_RT∈[L_x/32,L_x/8]，其中，L_x为阵列天线的总长度。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，发射天线阵列单元满足奈奎斯特采样定律的理想采样间隔为dx，α倍稀疏后，发射天线阵列单元之间的采样仍然是等间隔的，且相邻两个发射天线阵列单元之间的间距为αdx。

在上述用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法中，α取2的整数幂。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，稀疏后的阵列天线单元个数降低为原来的三分之一，大大降低了成本，减轻了天线阵列的重量，便于系统运输和调试，降低了圆周扫描三维成像系统的成本以及天线阵列的重量。

附图说明

图1是本发明实施例中一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种每个周期的稀疏布阵方式示意图；

图3是本发明实施例中一种周期性的稀疏布阵方式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

如图1，在本实施例中，该用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，包括：

步骤101，对发射天线阵列单元做α倍稀疏。

在本实施例中，发射天线阵列单元满足奈奎斯特采样定律的理想采样间隔为dx，α倍稀疏后，发射天线阵列单元之间的采样仍然是等间隔的，且相邻两个发射天线阵列单元之间的间距为αdx。其中，α为正偶数；

优选的。α可以取2的整数幂。

步骤102，获取发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性；

步骤103，根据发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性，判断是否满足阵列稀疏约束条件。

步骤104，在阵列稀疏约束条件下，通过求解发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小的方法，获得最优的稀疏布阵方式。

在实施例中，若确定满足阵列稀疏约束条件，则执行步骤104；否则，结束流程。优选的，阵列稀疏约束条件具体可以包括：约束条件一：发射天线阵列单元的稀疏是周期性且等间隔的。约束条件二：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置是唯一的，即不出现重复的等效位置。约束条件三：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置的间隔符合奈奎斯特采样定律。

优选的，等效位置为任意发射天线阵列单元到参与接收的任意接收天线阵列单元距离连线的中点位置；等效位置不重复等价于任意发射天线阵列单元位置到接收此发射天线阵列单元信号的任意接收天线阵列单元位置连线长度不重复。具体说明如下：

在本实施例中，接收天线阵列单元和发射天线阵列单元的位置是分离的，即收发分置；取：稀疏天线某个发射天线阵列单元的位置为T_m，某个接收天线阵列单元的位置为R_n；同一个稀疏天线阵列的另一个发射天线阵列单元的位置为T_m′，另一个接收天线阵列单元的位置为R_n′，则：

T_m+R_n≠T_m′+R_n′

其中，m∈[1,M],n∈[1,N]，M为发射天线阵列单元的个数，N为接收天线阵列单元的个数。

优选的，符合奈奎斯特采样定律，具体说明如下：

发射天线阵列单元的位置集合为A_i，且A_i∈{i·αdx},i＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；接收天线阵列单元的位置集合为B_k，且B_k∈{β_k+dev}，等效位置集合为C_j，且满足2C_j＝A_i+B_k，C_j∈{j·dx},j＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；其中，dx为等效后的采样间隔，α为稀疏比，固定偏移量dev为一个常数，且等效位置的间隔满足奈奎斯特采样定律，即j为连续分布的整数，因此：对每一个i，

由于天线波束宽度以及发射功率的限制，收发天线距离越远，误差越大。因此可以选择首先将完整的天线阵列分成若干个小周期，小周期稀疏后，再拼接成完整的天线阵列。其中，周期天线的一个周期为T_period，且T_period＝α²dx/2。

优选的，发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小，具体是指：所有发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离的和R_RTsum最小：

通过循环求最优的方法可以获得偏移量dev的最优解，循环求最优时，dev的间隔可以是任意小的正数。

优选的，发射天线阵列单元与接收此发射天线阵列单元信号的各接收天线阵列单元距离R_RT不宜过远，R_RT∈[L_x/32,L_x/8]，其中，L_x为阵列天线的总长度。

根据上述方法，在发射天线单元8倍稀疏的情况下，即稀疏比α＝8，理想采样间隔为dx,天线阵列总长度为512dx，稀疏天线的周期为32dx,偏移量dev＝1/2dx，发射天线阵列到接收单元的阵列之间的垂直距离为4dx。得到周期性的稀疏布阵方式如图3所示，其中每个周期的稀疏布阵方式如图2所示。经过该方法的稀疏布阵后，所需发射天线单元和接收天线单元的个数均由512个降低为64个，是原来天线单元个数的四分之一，大大降低了成本，降低了天线阵列的重量。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，包括：

对发射天线阵列单元做α倍稀疏；其中，α为正偶数；

获取发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性；

根据发射天线阵列单元和接收天线阵列单元的参数特性，判断是否满足阵列稀疏约束条件；

若确定满足阵列稀疏约束条件，则在阵列稀疏约束条件下，通过求解发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小的方法，获得最优的稀疏布阵方式。

2.根据权利要求1所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，阵列稀疏约束条件，包括：

约束条件一：发射天线阵列单元的稀疏是周期性且等间隔的；

约束条件二：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置是唯一的，即不出现重复的等效位置；

约束条件三：任意发射天线阵列单元和任意接收天线阵列单元的等效位置的间隔符合奈奎斯特采样定律。

3.根据权利要求2所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，等效位置为任意发射天线阵列单元到参与接收的任意接收天线阵列单元距离连线的中点位置；等效位置不重复等价于任意发射天线阵列单元位置到接收此发射天线阵列单元信号的任意接收天线阵列单元位置连线长度不重复。

4.根据权利要求3所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，接收天线阵列单元和发射天线阵列单元的位置是分离的，即收发分置；

取：

稀疏天线某个发射天线阵列单元的位置为T_m，某个接收天线阵列单元的位置为R_n；同一个稀疏天线阵列的另一个发射天线阵列单元的位置为T_m′，另一个接收天线阵列单元的位置为R_n′，

则：

T_m+R_n≠T_m′+R_n′

其中，m∈[1,M],n∈[1,N]，M为发射天线阵列单元的个数，N为接收天线阵列单元的个数。

5.根据权利要求2所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，

发射天线阵列单元的位置集合为A_i，且A_i∈{i·αdx},i＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；

接收天线阵列单元的位置集合为B_k，且B_k∈{β_k+dev}，

等效位置集合为C_j，且满足2C_j＝A_i+B_k，C_j∈{j·dx},j＝-∞,...,-1,0,1,...,∞；

其中，dx为等效后的采样间隔，α为稀疏比，固定偏移量dev为一个常数，且

等效位置的间隔满足奈奎斯特采样定律，即j为连续分布的整数，因此：对每一个i，

将完整的天线阵列分成若干个小周期，小周期稀疏后，再拼接成完整的天线阵列；其中，周期天线的一个周期为T_period，且T_period＝α²dx/2。

6.根据权利要求5所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离和最小，具体是指：所有发射天线阵列单元到相应的接收天线阵列单元距离的和R_RTsum最小：

通过循环求最优的方法可以获得偏移量dev的最优解，循环求最优时，dev的间隔可以是任意小的正数。

7.根据权利要求6所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，发射天线阵列单元与接收此发射天线阵列单元信号的各接收天线阵列单元距离R_RT不宜过远，R_RT∈[L_x/32,L_x/8]，其中，L_x为阵列天线的总长度。

8.根据权利要求1所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，发射天线阵列单元满足奈奎斯特采样定律的理想采样间隔为dx，α倍稀疏后，发射天线阵列单元之间的采样仍然是等间隔的，且相邻两个发射天线阵列单元之间的间距为αdx。

9.根据权利要求8所述的用于稀疏圆周扫描系统的稀疏布阵方法，其特征在于，α取2的整数幂。