CN111123383B - 一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统 - Google Patents

一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统 Download PDF

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CN111123383B CN201911359132.2A CN201911359132A CN111123383B CN 111123383 B CN111123383 B CN 111123383B CN 201911359132 A CN201911359132 A CN 201911359132A CN 111123383 B CN111123383 B CN 111123383B
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Abstract

本发明公开了一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统，所述方法包括：对子阵列单元构成的稀疏阵列的接收信号、接收本振信号、发射信号和发射本振信号，通过功分和网络划分之后进行第一次混频，得到第一混频信号，并通过耦合器耦合之后进行第二次混频，得到第二混频信号，将所述第一混频信号和所述第二混频信号再次进行混频，得到调制信号，输入到后续的图像处理器中进行进一步的处理，以得到图像信息。所述方法基于子阵列单元构成的稀疏阵列，提出了相应的进行信号处理的方法，基于所述子阵列单元的数目，在信号处理时，对信号进行功分和网络划分，再进行混频处理，最终得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。

Description

一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统。
背景技术
毫米波人体成像技术是目前全球安防领域的先进技术，该设备能够在不直接接触人体的情况下，有效检测出在衣物覆盖下藏匿于人体各部位的物品，特别是能够检测出非金属物品，并可以从图像上获取隐匿物品的形状、大小和位置等信息。
该设备在接收到回波信号之后需要对回波信号进行调制处理，得到调制信号。由于设备中稀疏阵列单个辐射单元的范围不可调整，因此针对单一的辐射单元进行信号的调制处理，会因为辐射单元的辐射范围有限，而导致调制处理后得到的信号中的信息损失，从而降低了成像的分辨率。
发明内容
本发明提供了一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统，得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。
一方面，本发明提供了一种稀疏阵列信号处理方法，所述方法包括：
获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
对所述接收本振信号和接收信号进行信号处理，得到第一混频信号；
对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号；
基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
另一方面提供了一种稀疏阵列信号处理装置，所述装置包括：稀疏阵列信号获取模块、第一混频模块、第二混频模块、第三混频模块和图像信息生成模块；
所述稀疏阵列信号获取模块用于获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
所述第一混频模块用于对所述接收本振信号和接收信号进行信号处理，得到第一混频信号；
所述第二混频模块用于对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
所述第三混频模块用于对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号；
所述图像信息生成模块用于基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
另一方面提供了一种稀疏阵列信号处理电路，所述信号处理电路包括：功分网络、开关网络、混频器和耦合器；
所述混频器包括射频混频器、本振混频器和中频混频器，所述射频混频器和所述本振混频器连接所述中频混频器；
所述功分网络连接射频混频器，所述功分网络用于对接收本振信号进行功分处理；
所述开关网络连接射频混频器，所述开关网络用于对接收信号进行网络划分；
所述耦合器连接本振混频器，所述耦合器用于对信号进行耦合处理。
另一方面提供了一种成像系统，所述成像系统包括上述所述的一种信号处理模块。
本发明提供的一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统，所述方法包括：对子阵列单元构成的稀疏阵列的接收信号、接收本振信号、发射信号和发射本振信号，通过功分和网络划分之后进行第一次混频，得到第一混频信号，并通过耦合器耦合之后进行第二次混频，得到第二混频信号，将所述第一混频信号和所述第二混频信号再次进行混频，得到调制信号，输入到后续的图像处理器中进行进一步的处理，以得到图像信息。所述方法基于子阵列单元构成的稀疏阵列，提出了相应的进行信号处理的方法，基于所述子阵列单元的数目，在信号处理时，对信号进行功分和网络划分，再进行混频处理，最终得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法的应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法中得到第一混频信号的方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法中得到功分处理信号和网络划分信号的方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法中功分网络的功分比例的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法中得到第二混频信号的方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的根据用户特征进行项目推进的模型框架示意图；
图8为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法中获得推荐项目的方法的流程图；
图9为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法的训练数据模型的示意图；
图10为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理电路的信号传输示意图。
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作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参见图1，其显示了本发明实施例提供的一种稀疏阵列信号处理方法的应用场景示意图，所述应用场景包括检测对象110、信号处理器120和图像处理器130，所述检测对象110为安检设备的检测对象，通过发射信号，并接收发射信号的回波信号，信号处理器120对回波信号进行处理，通过功分、网络划分和混频的操作，将回波信号输出为中频调制信号，输入到后续的图像处理器130中进行进一步的处理，得到图像信息。
请参见图2，其显示了一种稀疏阵列信号处理方法，可应用于处理器侧，所述方法包括：
S210.获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
具体地，稀疏阵列中的接收信号可以是稀疏阵列中接收天线阵列接收到的经发射信号经反射后的信号，稀疏阵列中的发射信号可以是将稀疏阵列中的发射本振信号输入至发射天线阵列后，该发射天线阵列根据发射本振信号所形成的发射信号。稀疏阵列中的发射本振信号为本机产生的本振信号，所述发射本振信号通过一个1分N开关阵列划分为N路信号后经过功放阵列后再输入至发射天线阵列，作为发射信号输出。稀疏阵列中的接收本振信号为本机产生的本振信号，在获得接收信号时，产生所述接收本振信号，与接收信号一起进行信号处理。
S220.对所述接收本振信号和接收信号进行信号处理，得到第一混频信号；
进一步地，请参见图3，所述对所述接收本振信号和接收信号进行信号处理，得到第一混频信号包括：
S310.对所述接收本振信号和接收信号分别进行功分处理和网络划分，得到功分处理信号和网络划分信号；
S320.将所述功分处理信号和所述网络划分信号进行混频，得到第一混频信号。
具体地，接收本振信号经过功分处理后得到功分处理信号，接收信号经过网络划分后得到网络划分信号，通过第一混频器对功分处理信号和网络划分信号进行混频，生成第一混频信号，所述第一混频器可以是射频混频器。第一混频器将功分处理信号和网络划分信号进行混合，通过选频回路得到第三个频率的信号，即第一混频信号。进行功分处理信号和网络划分信号的混频的第一混频器的个数，需要与功分处理信号，以及网络划分信号的路数一致，功分处理信号与网络划分信号的路数也一致，才能够对其两两进行混频。
进一步地，请参见图4，所述对所述接收本振信号和接收信号分别进行功分处理和网络划分，得到功分处理信号和网络划分信号包括：
S410.基于预设的功分网络，对所述接收本振信号进行功分处理，得到功分处理信号；
S420.基于预设的开关网络，对所述接收信号进行网络划分，得到网络划分信号。
具体地，信号处理系统可以基于功分网络对稀疏阵列中的接收本振信号进行功分处理，例如，接收本振信号通过1分4功分网络进行功分处理，将接收本振信号分为4路功分处理信号。信号处理系统可以基于开关网络对稀疏阵列中的接收信号进行网络划分，例如可以通过4个1分4/N开关网络对接收信号进行划分，得到4路网络划分信号。
进一步地，请参见图5，所述方法包括：
S510.所述功分网络的功分比例与稀疏阵列中与阵列单元匹配的子阵列单元的数目相关；
S520.所述开关网络的划分依据与稀疏阵列中与阵列单元匹配的子阵列单元的数目相关。
具体地，所述稀疏阵列为通过将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元得到的稀疏阵列，在进行目标检测时调整子阵列单元的波束范围，使得子阵列单元的波束范围能够最大覆盖待检测目标。在后续进行功分处理和网络划分时，与子阵列单元的数目有一定关系，功分处理后或者网络划分后的信号路数与子阵列单元的数目匹配。所述稀疏阵列可以具有多级结构，所述子阵列单元为稀疏阵列中最小级别的子阵列单元，即网络划分和功分处理是依据稀疏阵列中最小级别的子阵列单元的个数进行划分的。
例如若稀疏阵列中对阵列单元进行替换的最小级别的子阵列单元的数目为4个，则需要通过4个1分4/N开关网络对接收信号进行划分，得到4路网络划分信号，同时功分网络为1分4功分网络，需要将接收本振信号通过1分4功分网络进行功分处理，将接收本振信号分为4路功分处理信号。
S230.对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
进一步地，请参见图6，所述对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号包括：
S610.对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号耦合，得到第一耦合信号和第二耦合信号；
S620.将所述第一耦合信号和所述第二耦合信号进行混频，得到第二混频信号。
具体地，信号处理系统可以基于耦合器对上述稀疏阵列中的发射本振信号和发射信号进行信号耦合生成第一耦合信号，同时可以基于耦合器对上述稀疏阵列中的接收本振信号和接收信号进行信号耦合生成第二耦合信号。信号处理系统可以第二混频器对上述第一耦合信号和第二耦合信号进行本振混频，生成中频本振信号，所述中频本振信号即第二混频信号。其中，第二混频器个数可以与第一混频器的个数一致，例如所述第一混频器个数为4，则进行第二混频器个数也要为4，否则无法将两次混频的信号进行两两分组，以进行第三次混频。
S240.对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号。
具体地，信号处理系统可以采用第三混频器对第一混频信号和第二混频信号进行二级混频，生成并输出零中频调制信号，所述第三混频器可以是中频混频器，所述第三混频器的个数与第一混频器和第二混频器的个数一致，例如所述第一混频器和第二混频器的个数为4个，则第三混频器的个数也为4个，输出的零中频调制信号的个数也为4个。
在信号处理时，对信号进行功分和网络划分，再进行混频处理，最终得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。
S250.基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
进一步地，请参见图7，所述基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息包括：
S710.对所述调制信号进行模数转换，得到模数转换后的调制信号；
S720.对所述模数转换后的调制信号进行补偿，生成所述动态检测对象的图像信息。
具体地，将零中频调制信号输出至模数转换阵列，进行模数转换，并对模数转换后的信号进行补偿，使得图像处理系统通过对零中频调制信号的处理，最终实现毫米波的成像。
在一个具体的实施例中，请参见图8，发射本振信号TX L0 fRF通过一个1分N开关阵列SP64T阵列及功放阵列输入到发射天线中。接收本振信号RX L0 fRF-IF通过1分4功分网络及放大器分配到4个射频混频器中，同时N路接收信号通过4个1分4/N开关网络接到这4个射频混频器，混频出4路中频信号到4个中频混频器。此外，接收本振信号、接收信号、发射本振信号和发射信号通过两个耦合器以及本振混频器混频出中频本振信号并输入到4路中频混频器。4路中频信号经过中频放大滤波，并进行中频混频后得到直流的4路零中频调制IQ信号，最终输出到外面的模数转换阵列。请参见图9，所述IQ信号输出模数转换阵列后可以进行下一步信号处理形成毫米波图像。
本发明实施例提出了一种稀疏阵列信号处理方法，所述方法包括：对子阵列单元构成的稀疏阵列的接收信号、接收本振信号、发射信号和发射本振信号，通过功分和网络划分之后进行第一次混频，得到第一混频信号，并通过耦合器耦合之后进行第二次混频，得到第二混频信号，将所述第一混频信号和所述第二混频信号再次进行混频，得到调制信号，输入到后续的图像处理器中进行进一步的处理，以得到图像信息。所述方法基于子阵列单元构成的稀疏阵列，提出了相应的进行信号处理的方法，基于所述子阵列单元的数目，在信号处理时，对信号进行功分和网络划分，再进行混频处理，最终得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。
本发明实施例还提供了一种稀疏阵列信号处理装置，请参见图10，所述装置包括：稀疏阵列信号获取模块1010、第一混频模块1020、第二混频模块1030、第三混频模块1040和图像信息生成模块1050；
所述稀疏阵列信号获取模块1010用于获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
所述第一混频模块1020用于对所述接收本振信号和接收信号进行信号处理，得到第一混频信号；
所述第二混频模块1030用于对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
所述第三混频模块1040用于对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号；
所述图像信息生成模块1050用于基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
上述实施例中提供的装置可执行本发明任意实施例所提供方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的一种稀疏阵列信号处理方法。
本发明实施例还提供了一种稀疏阵列信号处理电路，请参见图11，所述信号处理电路包括：功分网络、开关网络、混频器和耦合器；
所述混频器包括射频混频器、本振混频器和中频混频器，所述射频混频器和所述本振混频器连接所述中频混频器；
所述功分网络连接射频混频器，所述功分网络用于对接收本振信号进行功分处理；
所述开关网络连接射频混频器，所述开关网络用于对接收信号进行网络划分；
所述耦合器连接本振混频器，所述耦合器用于对信号进行耦合处理。
进一步地，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器；
所述第一耦合器用于对发射本振信号和发射信号进行耦合；
所述第二耦合器用于对接收本振信号和接收信号进行耦合。
本发明实施例还提供了一种成像系统，所述成像设备包括：天线、发射模块、接收模块、信号处理模块和显示模块，其中，所述天线包括由子阵列单元构成的稀疏阵列，所述信号处理模块包括上述所述的稀疏阵列信号处理电路，可以执行上述所述的稀疏阵列信号处理方法。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤和顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或中断产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本实施例中所示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比示出的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件的布置。应当理解到，本实施例中所揭露的方法、装置等，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元模块的间接耦合或通信连接。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域技术人员还可以进一步意识到，结合本说明书所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种稀疏阵列信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
所述稀疏阵列为多级结构，所述稀疏阵列为通过将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元得到的稀疏阵列，所述子阵列单元为稀疏阵列中最小级别的子阵列单元，在检测动态检测对象时，调整所述子阵列单元的波束范围；
获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
基于预设的功分网络，对所述接收本振信号进行功分处理，得到与所述子阵列单元数目对应的功分处理信号；
基于预设的开关网络，对所述接收信号进行网络划分，得到与所述子阵列单元数目对应的网络划分信号；
将所述功分处理信号和所述网络划分信号进行混频，得到第一混频信号；
对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号；
基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
2.根据权利要求1所述的一种稀疏阵列信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
所述功分网络的功分比例与稀疏阵列中与阵列单元匹配的子阵列单元的数目相关；
所述开关网络的划分依据与稀疏阵列中与阵列单元匹配的子阵列单元的数目相关。
3.根据权利要求1所述的一种稀疏阵列信号处理方法，其特征在于，所述对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号包括：
对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号分别进行信号耦合，得到第一耦合信号和第二耦合信号；
将所述第一耦合信号和所述第二耦合信号进行混频，得到第二混频信号。
4.根据权利要求1所述的一种稀疏阵列信号处理方法，其特征在于，所述基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息包括：
对所述调制信号进行模数转换，得到模数转换后的调制信号；
对所述模数转换后的调制信号进行补偿，生成所述动态检测对象的图像信息。
5.一种稀疏阵列信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：稀疏阵列信号获取模块、第一混频模块、第二混频模块、第三混频模块和图像信息生成模块；
所述稀疏阵列信号获取模块用于所述稀疏阵列为多级结构，所述稀疏阵列为通过将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元得到的稀疏阵列，所述子阵列单元为稀疏阵列中最小级别的子阵列单元，在检测动态检测对象时，调整所述子阵列单元的波束范围；获取稀疏阵列中检测动态检测对象的接收本振信号、发射本振信号、接收信号和发射信号；
所述第一混频模块用于基于预设的功分网络，对所述接收本振信号进行功分处理，得到与所述子阵列单元数目对应的功分处理信号；基于预设的开关网络，对所述接收信号进行网络划分，得到与所述子阵列单元数目对应的网络划分信号；将所述功分处理信号和所述网络划分信号进行混频，得到第一混频信号；
所述第二混频模块用于对所述接收本振信号、所述接收信号、所述发射本振信号和所述发射信号进行信号处理，得到第二混频信号；
所述第三混频模块用于对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频，得到调制信号；
所述图像信息生成模块用于基于所述调制信号，得到所述动态检测对象的图像信息。
6.一种稀疏阵列信号处理电路，其特征在于，所述信号处理电路用于实现权利要求1到4任一项所述的稀疏阵列信号处理方法，所述信号处理电路包括：功分网络、开关网络、混频器和耦合器；
所述混频器包括射频混频器、本振混频器和中频混频器，所述射频混频器和所述本振混频器连接所述中频混频器；
所述功分网络连接射频混频器，所述功分网络用于对接收本振信号进行功分处理；
所述开关网络连接射频混频器，所述开关网络用于对接收信号进行网络划分；
所述耦合器连接本振混频器，所述耦合器用于对信号进行耦合处理。
7.根据权利要求6所述的一种稀疏阵列信号处理电路，其特征在于，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器；
所述第一耦合器用于对发射本振信号和发射信号进行耦合；
所述第二耦合器用于对接收本振信号和接收信号进行耦合。
8.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括权利要求6或7任一项所述的一种稀疏阵列信号处理电路。
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