CN111142164B - 一种柱面雷达成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱面雷达成像系统，包括：由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线、数据采集模组以及成像模组；各阵元集合方阵的首行和尾行的位置设置有发射阵元；各阵元集合方阵的首列和尾列、除了所述发射阵元之外的位置设置有接收阵元；数据采集模组与各接收阵元电气连接，用于采集各接收阵元接收的初始回波信号，并对所述初始回波信号进行处理，获得回波信号；所述成像模组与所述采集模组电气连接，用于对采集模组获得的回波信号进行处理，获得三维散射强度图。本发明通过在柱面阵列天线中的各阵元集合方阵的首行和尾行设置发射阵元，在各阵元集合方阵的首列和尾列设置接收阵元，能够减少阵元的数量，提高数据采集的效率，提高成像的效率。

Description

一种柱面雷达成像系统
技术领域
本发明涉及雷达成像技术领域，特别涉及一种柱面雷达成像系统。
背景技术
为了保护公众安全，防范各种威胁，对公共场所特别是火车站、机场、客运站等来往人员安检必不可少。众多安检器中，微波成像是利用最为广泛。但是传统的安检器无法做到全方位探测，因而国内外研究机构把目光转向了柱面阵列雷达成像。
现有的柱面阵列雷达有两种工作方式，一种是利用收发天线在曲面内进行机械扫描；这种方法虽然阵元数量少，系统简单，但数据采集时间长，难以满足实际需求。另一种是利用实孔径或实孔径和合成孔径相结合的方式获取数据，但这种方法需耗费大量天线阵元且系统复杂度高。因此现有的柱面阵列雷达成像装置均存在一定的缺陷。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种柱面雷达成像系统，用于解决现有技术中柱面阵列雷达数据采集时间长或天线阵元耗费数量多的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用了如下技术方案：一种柱面雷达成像系统，包括：由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线、数据采集模组以及成像模组；
各所述阵元集合方阵的首行和尾行的位置设置有发射阵元；
各所述阵元集合方阵的首列和尾列、除了所述发射阵元之外的位置设置有接收阵元；
所述数据采集模组与各所述接收阵元电气连接，用于采集各所述接收阵元接收的初始回波信号，并对所述初始回波信号进行处理，获得回波信号；
所述成像模组与所述采集模组电气连接，用于对采集模组获得的回波信号进行处理，获得三维散射强度图。
可选的，所述系统还包括：频点信号生成模组以及频点信号分配模组；
所述频点信号生成模组用于生成若干不同频点的频点信号，所述频点信号生成模组的输出端与频点信号分配模组的输入端电气连接；
所述频点信号分配模组用于接收所述频点生成模组生成的若干频点信号，并将各所述频点信号分别依次分配给各所述阵元集合中的第一发射阵元，以使所述第一发射阵元发射频点信号；
可选的，所述系统还包括：与各阵元集合方阵对应的阵元选通开关以及与各所述阵元选通开关电气连接的控制模组；
各所述阵元选通开关串联在所述阵元集合方阵的发射阵元和频率分配模组之间，各所述阵元选通开关用于根据控制模组输出的控制信号，接通阵元集合方阵中的一个发射阵元作为当前工作的第一发射阵元，以使所述频率分配模组为所述第一发射阵元分配频点信号输。
可选的，所述频点信号生成模组包括：阵元收发定时器、基准频率源、波形发生器、正交调制器以及频率合成器；
所述阵元收发定时器输出端分别与所述基准频率源的输出端以及所述频率合成器的输入端电气连接；所述阵元收发定时器用于生成时间控制信号，并将所述时间控制信号输出给所述基准频率源以及所述频率合成器，以控制微波产生的时间；
所述基准频率源的输出端分别与所述波形发生器的输入端以及所述频率合成器的输入端电气连接；所述基准频率源用于接收所述阵元收发定时器输出的时间控制信号，以根据所述时间控制信号产生基准率的微波，并将产生的基准频率的微波输出给所述波形发生器和所述频率合成器；
所述波形发生器的输出端与正交调制器的输入端电气连接；所述波形发生器用于接收基准频率源产生的基准率的微波，根据基准频率的微波产生第一微波，并将产生的第一微波输出给所述正交调制器；
所述正交调制器的输出端与所述频率合成器的输入端电气连接；所述正交调制器用于接收微波发生器产生的第一微波，对所述第一微波进行调制，并将调制后的第一微波输出给所述频率合成器；
所述频率合成器的输出端与频点信号分配模组的输入端电气连接；所述频率合成器用于接收所述阵元收发定时控制器输出的时间控制信号、基准频率源输出的基准频率的微波以及正交调制器输出的调制后的第一微波，根据实际控制信号、基准频率的微波以及调制后的第一微波合成不同频点的频点信号，并将各频点信号输出给所述频点信号分配模组；
可选的，所述频点信号分配模组包括：频点分配器以及耦合器；
所述频点分配的输入端为频点信号分配模组的输入端、与所述频点信号生成模组的输出端电气连接，所述频点分配器的输出端与所述耦合器电气连接；所述频点分配器用于接收频点信号生成模组输出的若干频点信号，同时为各所述阵元集合方阵的第一发射阵元分配一频点信号作为第一频点信号，将各第一频点信号输出给所述耦合器
所述耦合器用于接收各所述第一频点信号，根据各所述第一频点信号生成与各所述第一频点信号对应的第一频点信号组，并将各所述第一频点信号组中的二频点信号输出给与所述第一频点信号对应的阵元集合方阵的第一发射阵元；
其中，各所述第一频点信号组中包括与第一频点信号的频率相同的第二频点信号和第三频点信号，所述第二频点信号的功率大于所述第三频点信号的功率。
可选的，所述数据采集模组包括：与各阵元集合方阵对应的信号处理单元以及数据采集器；
各所述信号处理单元分别包括依次电气连接的混频器、滤波器以及放大器；
所述混频器的输入端作为所述信号处理单元的输入端，分别与频点信号生成模组的输出端以及阵元集合方阵的各发射阵元的输出端电气连接；所述混频器用于接收频点信号分配模组生成的第三频点信号以及接收阵元接收的初始回波信号，利用所述第三频点信号对所述回波信号进行滤波处理，以获得第一滤波信号，并将所述第一滤波信号输出各所述滤波器；
所述滤波器用于接收混频器输出的第一滤波信号，对所述第一滤波信号进行滤波处理获得第二滤波信号，并将所述第二滤波信号输出给所述放大器；
所述放大器用于接收所述滤波器输出的第二滤波信号，对所述第二滤波信号进行放大获得回波信号，并将回波信号输出给所述数据采集器；
所述数据采集器的输出端作为数据采集模组的输出端，所述数据采集器用于接收各信号处理单元中的放大器输出的回波信号，对各回波信号进行保存并输出给所述成像模组。
可选的，所述成像模组包括：数据预处理器和成像处理器；
所述数据预处理器的输入端与所述数据采集模组的输出端电气连接，所述数据预处理器用于从数据采集模组中获取回波信号，对回波信号进行合成、叠加，获得成像数据，并将所述成像数据输出给所述成像处理器；
所述成像处理器用于接收所述预处理器输出的成像数据，并对所述成像数据进行成像处理，获得监测区域的三维散射强度数据。
可选的，所述成像模组还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述成像处理器的输出端电气连接，所述显示模块用于接收所述成像处理器输出的监测区域的三维散射强度数据并进行显示，获得监测区域的三维散射强度图。
本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例通过在柱面阵列天线中的各阵元集合方阵的首行和尾行设置发射阵元，在各阵元集合方阵的首列和尾列设置接收阵元，能够减少阵元的数量，提高数据采集的效率，提高成像的效率。
附图说明
图1为本发明实施例柱面雷达成像系统结构框图；
图2为本发明实施例中部分阵元集合方阵中的阵元布局图；
图3为本发明实施例柱面雷达成像系统电气架构示意图；
图4为本发明实施例中阵元选通开关的结构示意图；
图5为本发明实施例中阵元选通开关与阵元集合方阵中各发射阵元的接线示意图；
图6为本发明实施例中阵元集合方阵的具体结构示意图；
图7为本发明实施例中柱面阵列雷达中的阵元集合方阵示意图；
图8为本发明实施例中的柱面阵列雷达的示意图；
图9为本发明实施例中柱面阵列雷达的几何示意图；
图10为本发明实施例中三维成像流程图；
图11为本发明实施例中多频点正交发射多通道信号接收的流程图；
图12为本发明实施例中监测区域网的进行划分的立体示意图；
图13为图12的俯视图。
具体实施方式
此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。
应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。
本发明实施例提供一种柱面雷达成像系统，如图1所示，包括：由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线4、数据采集模组5以及成像模组6；
各所述阵元集合方阵的首行和尾行的位置设置有发射阵元；各所述阵元集合方阵的首列和尾列、除了所述发射阵元之外的位置设置有接收阵元。
如图2所示，为各阵元集合方阵中发射阵元和接收阵元的设置的位置，Cell表示阵元集合方阵(也可以称之为子阵)，T表示发射阵元，R表示接收阵元，本实施例中，每个阵元集合方阵Cell中，除了所述发射阵元T和接收阵元R的位置之外，其他位置不设置阵元；
所述数据采集模组5与柱面阵列天线中的各所述接收阵元电气连接，用于采集各所述接收阵元接收的初始回波信号，并对所述初始回波信号进行处理，获得回波信号；
所述成像模组6与所述采集模组5电气连接，用于对采集模组获得的回波信号进行处理，获得三维散射强度图。
本发明实施例通过在柱面阵列天线中的各阵元集合方阵的首行和尾行设置发射阵元，在各阵元集合方阵的首列和尾列设置接收阵元，能够减少阵元的数量，提高数据采集的效率，提高成像的效率。
本发明又一实施例提供一种柱面雷达成像系统，如图3所示，包括：控制模组1、频点信号生成模组2、频点信号分配模组3、由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线4、数据采集模组5以及成像模组6；
控制模组1包括控制器101。
频点信号生成模组2包括阵元收发定时器21、基准频率源202、波形发生器203、正交调制器204、频率合成器205。
频点信号分配模组3包括频点分配器301以及耦合器302。
柱面阵列天线4包括若干阵元集合方阵402(即子阵A1...
Figure GDA0002421474580000061
)以及与各阵元集合方阵402对应的阵元选择开关401；
数据采集模组5包括混频器组501、滤波器组502、放大器组503以及数据采集器504；
成像模组6包括数据预处理器601、成像处理器602、图像显示模块603。
本实施例中系统控制器101有着控制整个系统电源、系统初始化的作用；阵元收发器201控制微波产生的时间；基准频率源202控制产生基准频率的微波；波形发生器203产生微波；波形发生器203产生的微波经过正交调制器204传输至频率合成器205，用于产生不同频点的频率f1、f2…fQ，每个频点频率间隔相等；频点分配器301是将频率合成器205产生的频点选出Sub个(Q≥Sub)频点(f1、f2…fQ)进行分配，使不同柱面阵列天线402中的子阵
Figure GDA0002421474580000071
的发射阵元40201在同一时刻发射的频点不同，同一个发射阵元40201在不同时间发射的频点不同；耦合器302将频点分配器301输出的每个频点进行耦合，每个输入的频点
Figure GDA0002421474580000072
(即第一频点信号)经过耦合器都将产生一个同频率大功率频点
Figure GDA0002421474580000073
和一个同频率小功率频点
Figure GDA0002421474580000074
(即
Figure GDA0002421474580000075
和
Figure GDA0002421474580000076
构成第一频点信号组)，以将
Figure GDA0002421474580000077
输出给对应的发射阵元，将
Figure GDA0002421474580000078
输出给与该发射阵元所在的阵元集合方阵所对应的混频器；阵元开关选择器组401中的每个阵元开关选择器
Figure GDA0002421474580000079
(即阵元选通开关)每次只接通一个对应阵元集合方阵402中的某一个发射阵元40201(即第一发射阵元)。阵元开关选择器
Figure GDA00024214745800000710
的结构示意图如图4所示，每个阵元开关选择器共有2MS个接通路线，各接通线路与阵元集合方阵中的发射阵元一一对应，如图5所示，为阵元开关选择器
Figure GDA00024214745800000711
与阵元集合方阵中的发射阵元的连接线路图。柱面阵列天线包含Sub个阵元集合方阵，每个阵元集合方阵包含2MS个发射阵元40201和2(NS-2)个接收阵元40202，具体各阵元开关选择器
Figure GDA00024214745800000712
与各阵元集合方阵中的发射阵元的连接线路图如图3所示，每个阵元集合方阵中的发射阵元和接收阵元标号如图6所示；每个阵元集合方阵中的接收阵元40202接收发射阵元40201发射的微波；混频器组501是由Sub个混频器组成，分别为Fil1Fil2…Filsub，各混频器与各阵元集合方阵一一对应。混频器
Figure GDA0002421474580000081
接收子阵
Figure GDA0002421474580000082
接收的回波信号和耦合器302输出的信号
Figure GDA0002421474580000083
用于滤波子阵
Figure GDA0002421474580000084
以外的回波信号；滤波器组502包含了Sub个滤波器，分别为Mix1、Mix2…MixSub，各滤波器与各混频器一一对应。滤波器
Figure GDA0002421474580000085
滤除混频器
Figure GDA0002421474580000086
输出的信号中的杂波。放大器组503是有Sub个放大器组成，分别为Amp1、Amp2…AmpSub，放大器
Figure GDA0002421474580000087
放大滤波器
Figure GDA0002421474580000088
输出的信号；数据采集器504采集放大器组503输出的信号，并保存；数据预处理601是将数据采集器504采集的数据根据将每个子阵接收的信号按照频点的大小，按照从小到大的顺序排序，合成子阵
Figure GDA0002421474580000089
信号，然后将每个预处理的子阵信号进行叠加；成像处理器602将预处理器601处理的数据进行成像处理，生成监测区域三维散射强度数据；图像显示模块603将三维散射强度数据进行显示，生成监测区域三维散射强度图；
本发明是基于稀疏阵列原理，按照一定的方式稀疏柱面阵列雷达，以此来减少阵元的数量。在柱面雷达成像系统运行期间，同一时刻多频点正交发射、多通道接收，具体地，可以先将柱面阵列雷达分为若干个阵元集合方阵，在各阵元集合方阵中的首行和尾行布置发射阵元，在首列和尾列的位置布置接收阵元，其他位置处不布置阵元，由此获得若干阵元集合方阵。每次只选择阵元集合方阵中的一个发射阵元作为第一发射阵元来发射频点信号，各阵元集合方阵中的接收阵元同时接收第一发射阵元发射的信号，且接收信号的接收阵元与发射信号的第一发射阵元位于同一个阵元集合方阵。各阵元集合方阵的中的第一发射阵元同一时刻发射的信号的频点不同。本发明实施例中的柱面雷达成像系统，可以极大的稀疏阵元，减少阵元的数量，同时减少数据采集时间，使得柱面阵列雷达成像装置能够实时成像，提供成像效率。
本发明在上述实施例的基础上，还包括对柱面阵列天线的预定位置设置阵元，以获得若干阵元集合方阵。具体设置阵元的过程为：
步骤一，对柱面雷达进行区域划分，获得若干阵元集合区域；
步骤二，对各所述阵元集合区域进行区域划分获得若干阵元区域；
步骤三，确定各所述阵元集合区域中位于首行和尾行的阵元区域为发射阵元区域；
步骤四，确定各所述阵元集合区域中位于首列和尾列的、除了所述发射阵元区域之外的阵元区域为接收阵元区域；
步骤五，在所述发射阵元区域处设置发射阵元；
步骤六，在所述接收阵元区域处设置与所述发射阵元对应的接收阵元，以获得若干阵元集合方阵。
本实施例中，所述对柱面阵列雷达进行区域划分，获得若干阵元集合区域，具体包括：确定柱面阵列雷达的高度；按照预定的第一高度间距沿着所述柱面阵列雷达的高度方向对柱面阵列雷达的柱面进行区域划分，获得若干个第一区域；按照预定的第一弧长沿第一区域的周长方向对所述第一区域进行区域划分，获得若干个阵元集合区域。
本实施例中，所述对各所述阵元集合区域进行区域划分获得若干阵元区域，具体包括：确定各所述阵元集合区域的高度和弧长；按照预定的第一份数确定第二高度间距；按照预定的第二份数确定第二弧长间距；按照所述第二高度间距沿着所述柱面阵列雷达的高度方向对阵元集合区域进行区域划分，获得若干第二区域；按照所述第二弧长间距沿所述第二区域的弧长方向对各所述第二区域进行区域划分，获得若干阵元区域。
进一步的，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，对柱面阵列天线中的阵元位置布局、以获得若干阵元集合方阵的过程为：
步骤S1：阵元布局；根据柱面阵列雷达装置的大小，划分阵元集合方阵(子阵)，每个阵元集合方阵中布置阵元，获取每个阵元集合方阵的反射阵元矩阵。
步骤S1具体包括如下：
步骤S11：划分阵元集合方阵；根据图7所示，将柱面阵列雷达划分成若干阵元集合区域
Figure GDA0002421474580000091
(即子阵)，具体包括：
步骤S111：柱面阵列雷达高度划分；如图8所示，根据柱面阵列雷达的实际大小H0，将柱面阵列雷达在z轴上，分成NA(NA＞1，NA为正整数)份，则在y轴上的高度间距为h0，
步骤S112：柱面阵列雷达角度划分；以z轴为中心，xy平面等分成MA(MA＞1，MA为正整数)份，每份的角度间距为θ0。θ0所对应的弧长即为第一弧长。
步骤S113：在步骤S111和步骤S112将柱面分成Sub＝NA×MA份等大的阵元集合区域(子阵)后，每份阵元集合区域的高度为h0，水平角度间距为θ0，用所有阵元集合方阵构建一个NA×MA的方阵，如图7所示，每一个小方格表示一个阵元集合区域用字母A表示，Aij表示方阵中第i行第j列所对应的阵元集合区域(也可称为Cell)，
Figure GDA0002421474580000101
表示第kA＝(i-1)NA+MA个阵元集合区域；
步骤S12：阵元布局；将步骤S11中的获取的每一个阵元集合区域Cell，按照步骤S1中的划分方式将各阵元集合区域划分成NS*MS个阵元区域，每个阵元集合区域中的阵元区域之间的间距满足采样定理，相应的阵元区域中放置阵元，具体步骤如下：
步骤S121：阵元集合区域高度划分；根据阵元集合区域的实际高度h0，利用公式(1)，将步骤S12中的每个阵元集合区域在z轴上，分成NS(NS＞1，NS为正整数)份，则在z轴上的高度间距为Δh0,
Figure GDA0002421474580000102
高度间距Δh0，需满足采样定理：
Figure GDA0002421474580000103
Figure GDA0002421474580000111
其中
Figure GDA0002421474580000112
表示Z方向最小波数支持带宽，
Figure GDA0002421474580000113
满足公式(3)，fmax表示柱面阵列雷达装置的最大工作频率，如图8和图9示，O(0,0,0)表示柱面整列中间层阵元圆平面圆心，
Figure GDA0002421474580000114
表示柱面整列最上层阵元圆平面圆心，
Figure GDA0002421474580000115
表示柱面整列最上层阵元圆平面圆心，O'(0,0,zCell)表示所测阵元所处层的平面圆心，φ表示PO2与xy平面的夹角，θ表示PO2在xy平面上的投影与x轴夹角；
步骤S122：阵元集合方阵角度划分；以z轴为中心，根据公式(4)将xy平面等分成MS(MS＞1，MS为正整数)份，每份的角度间距为Δθ0，角度间距Δθ0所对应的弧长即为第二弧长间距。
Figure GDA0002421474580000116
角度间距Δθ0需满足公式(5)，
Figure GDA0002421474580000117
其中
Figure GDA0002421474580000118
b＝Rr，c表示光速，如图9所示，R表示等效相位中心到目标点P的距离，是一个系统参数，P点可以表示成P(rp,θp,zp)或P(xP,yP,zP)，rp表示P点到z轴的距离，zp表示P点到Oxy平面的距离；r表示目标点到原点的距离。
本实施例中，较佳的NS和MS最佳选取为|MS-NS|＝0，例如MS＝100个，NS最优选择为NS＝100。
步骤S123：获取阵元集合方阵；如图2示，步骤S121和步骤S122将每个阵元集合区域分成NS×MS份等大的阵元区域，每个阵元区域的高度为Δh0，水平角度间距为Δθ0，将每个阵元集合区域构成的阵元集方阵用Cell(即
Figure GDA0002421474580000121
)表示，Cell是一个NS行MS列的阵元集合方阵，阵元方格
Figure GDA0002421474580000122
(阵元区域)表示阵元集Cell中第ic(ic≤NS ic为正整数)行第jc(jc≤MS,jc为正整数)列元素(即阵元)；
步骤S124：阵元布局；如图6所示，在Cell中(即
Figure GDA0002421474580000123
)最后一行、第一列、最后一列阵元方格中布置阵元，Cell第一行阵元
Figure GDA0002421474580000124
(jc≤MS,jc为正整数)和最后一行阵元
Figure GDA0002421474580000125
用于发射信号，Cell第一列阵元
Figure GDA0002421474580000126
(2≤ic≤NS-1ic为正整数)和最后一列阵元
Figure GDA0002421474580000127
用于接收信号，其它阵元方格不放置阵元，图6中标有“T”，表示该阵元用于发射阵元，标有“R”，表示该阵元用于接收阵元，其余阵元方格不用放置阵元，每个阵元集合方阵(子阵)布置的阵元总数为2MS+2NS-4。
骤S125：获取发射阵元矩阵；将步骤S124中的发射阵元构建1行2MS列的行矩阵
Figure GDA0002421474580000128
具体表达式如公式(6)，
Figure GDA0002421474580000129
表示Trans矩阵第kT(kT≤2Ms,k为正整数)个元素(阵元)，发射阵元的标号如图4所示；
Figure GDA00024214745800001210
步骤S126：获取接收阵元矩阵；将步骤S124中的接收阵元构建1行2(NS-2)列的行矩阵
Figure GDA00024214745800001211
具体表达式如公式(7)，
Figure GDA00024214745800001212
表示Rece矩阵第kR(kR≤2(Ns-2),kR为正整数)个元素(阵元)；
Figure GDA00024214745800001213
本实施中采用上述的方式进行天线阵元布局之后，就可以获得若干阵元集合方阵。利用本申请中的这种结构的阵元集合方阵，能够减少阵元的布置数量，即布置的阵元个数为(2Ms+2Ns-4)*NA*MA。而采用传统方式，柱面阵列雷达需要布置的阵元的个数为NS*MS*NA*MA，由此可见，本发明实施例中的天线阵元的布局方法能够大大减少阵元的布置数量，节约了成本，同时能够提高数据采集的效率。
在完成天线阵元的布局，获得若干阵元集合方阵之后，就可以利用包含有由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线的成像系统来获取回波信号，具体获取回波信号的过程为：
步骤一、根据柱面阵列雷达的最小工作频率和最大工作频率获取目标频点矩阵；
本步骤中，在具体实施过程中具体包括：根据最小工作频率、最大工作频率，利用第一计算公式计算获得频点差值；
根据所述最小工作频率以及所述频点差值利用第二计算公式计算获得所述目标频点矩阵中的频点元素，以获得目标频点矩阵。
步骤二、同时循环选取各阵元集合方阵中的发射阵元作为第一发射阵元；
本实施中，各所述阵元集合方阵中分别设置有若干发射阵元和若干接收阵元。
步骤三、为各所述第一发射阵元分别依次分配所述目标频点矩阵中的各频点，以作为第一发射阵元的发射频点；其中，同一时刻不同阵元集合方阵中的第一发射阵元的发射频点不同；
步骤四、利用第一发射阵元根据分配的发射频点发射信号；
步骤五、利用接收阵元接收所述发射信号，以获得回波数据。
本步骤中，接收所述发射信号的接收阵元与发射所述发射信号的第一发射阵元位于相同的阵元集合方阵。
具体的，根据柱面阵列雷达的最小工作频率和最大工作频率获取目标频点矩阵，具体包括：
根据最小工作频率、最大工作频率，利用第一计算公式计算获得频点差值；根据所述最小工作频率以及所述频点差值利用第二计算公式计算获得所述目标频点矩阵中的频点元素，以获得目标频点矩阵。
具体的，在获得所述频点元素后，还包括：利用所述频点元素构建获得第一频点矩阵；利用若干所述第一频点矩阵构建获得目标频点矩阵。
本实施例在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，获取回波信号具体过程为：
步骤S2：频点设置，获取频点矩阵；将工作频段设置成多个频点，获取频点矩阵，具体如下：
步骤S21：频点设置；根据柱面阵列雷达最小工作频率fmin(fmin≥1GHz)和最大工作频率fmax(fmax≤10THz)设置Q(Q≥N*M，Q为正整数)个等差分布的频点，利用公式(8)(即第一计算公式)，计算Δf，将计算结果带入公式(9)，求出
Figure GDA0002421474580000141
Figure GDA0002421474580000142
Figure GDA0002421474580000143
用
Figure GDA0002421474580000144
中所有元素构建一个Q×1的列矩阵
Figure GDA0002421474580000145
(即第一频点矩阵)；
步骤S22：获取目标频点矩阵Freq；利用步骤S21中F矩阵构建目标频点矩阵Freq，Freq矩阵大小为2Q×1，
Figure GDA0002421474580000146
(ifreq≤2Q，ifreq为正整数)表示频点矩阵Freq中第ifreq个元素(频点)，Freq表达式如下所示，
Figure GDA0002421474580000147
步骤S3：收发方式和策略；选取不同阵元集合方阵中的发射阵元，匹配阵元发射频点，发射、接收信号，流程图如图11所示；具体如下：
步骤S31：选取工作阵元；选取阵元集合方阵Aij中Trans的第kT个阵元
Figure GDA0002421474580000148
Figure GDA0002421474580000149
作为本次发射的发射阵元(即第一发射阵元)，其它发射阵元不工作，kT从1开始循环，循环选择发射阵元，直至kT＝2Ms才结束循环，每选一个阵元执行一次步骤S33，阵元发射不同频点的信号；
步骤S32：发射信号的频点匹配；根据阵元以及循环次数选取频点；工作的阵元所发射频点从目标频点矩阵Freq中选择；
根据步骤S31中选取Aij中
Figure GDA0002421474580000151
发射阵元，选取目标频点矩阵Freq中的元素
Figure GDA0002421474580000152
对应的频点满足公式(11),
ifreq＝(i-1)*MS+j+circulation-1 (11)
其中i和j表示阵元集合方阵A对应的阵元集合方阵Aij，circulation表示循环次数，circulation初始值为1，每次循环circulation＝circulation+1，直至循环到circulation＞Q，也就是每个阵元循环发射每个频点，同一时刻不同阵元发射的频点不同，不同时刻同一阵元发射的频点不同，保证每个阵元都发射所有不同大小的频点，而且仅发射一次；
步骤S33：阵元发射、接收信号；具体如下：
步骤S331：阵元发射信号；根据步骤S31选取Aij中
Figure GDA0002421474580000153
发射阵元、步骤S32选取的频点
Figure GDA0002421474580000154
发射信号，信号表达式如下：
ST(A,Trans,Freq)＝σ(x,y,z)e-j2πft (12)
其中A表示阵元集合方阵，Trans表示发射阵元，Freq表示目标频点矩阵，σ(x,y,z)表示P目标像素点的后向散射特性，f表示选取的阵元集合方阵A中阵元Trank发射的频点，选取方式，t表示信号传播的时间；
步骤S332：接收阵元接收信号以获得回波信号。接收阵元只接收本阵元集合方阵中的发射阵元发射的发射信号，阵元接收的信号表达式为公式(13)，
S(A,Trans,Rece,Freq)＝∫∫∫Vσ(x,y,z)e-j2πfτdxdydz (13)
V表示柱面阵列雷达观测区域，τ表示时间延迟，其表达式为公式(14)，
Figure GDA0002421474580000161
图9中左边小方格阴影区表示一个阵元集合方阵，阵元集合方阵中含有发射阵元和接收阵元，发射阵元的空间位置坐标为Trans(R0,θT,zT)或表示成Trans(xT,yT,zT)，接收阵元的空间位置坐标为Rece(R0,θR,zR)或表示成Rece(xR,yR,zR)，P点(即目标像素点)的空间位置坐标为P(r,θ,z)或表示成P(x,y,z)，RT表示发射阵元与P点的距离，RR表示接收阵元与P的距离，如下所示；
Figure GDA0002421474580000162
Figure GDA0002421474580000163
接收阵元接收的信号可以写成公式(17)：
Figure GDA0002421474580000164
Figure GDA0002421474580000165
其中，A表示阵元集合方阵；Trans表示阵元集合方阵A中的发射阵元；Rece表示阵元集合方阵A中的接收阵元；θT表示发射阵元的空间位置坐标中的方位角；θR表示接收阵元的空间位置坐标中的方位角；R0表示柱面阵列的底面半径；x表示目标三维像素点的空间位置坐标中的x轴的坐标；y表示目标三维像素点的空间位置坐标中的y轴的坐标；z表示目标三维像素点的空间位置坐标中的z轴的坐标；Kω表示波数；f表示发射频点；c表示光速。
本实施例中通过采用上述的信号收方式来获得回波信号，能够减少数据的采集时间，为后续快速成像提供了基础。
本发明实施例在上述实施例的基础上，在获得了回波信号之后就可以进行三维成像，具体的包括如下步骤：
步骤一、对监测区域进行区域划分，获得若干三维像素点；
步骤二、获取各所述三维像素点的若干回波数据；
步骤三、获取与各所述回波数据对应的滤波函数；
步骤四、根据各所述三维像素点的若干回波数据以及与各所述回波数据对应的滤波函数计算获得各三维像素点的散射强度；
步骤五、根据各所述像素点的散射强度以及各像素点的坐标进行三维成像，获得所述监测区域的三维复图像。
其中，所述获取各所述三维像素点的回波数据，具体包括：依次选取所述若干三维像素点中的一个三维像素点作为目标三维像素点；同时循环选取各阵元集合方阵中的一个发射阵元作为第一发射阵元；为各所述第一发射阵元分别依次分配目标频点矩阵中的各频点，以作为第一发射阵元的发射频点；利用第一发射阵元根据分配的所述发射频点朝向所述目标三维像素点的位置发射信号；利用接收阵元接收所述目标三维像素点反射的信号，获得与目标三维像素点对应的若干回波数据。其中，回波数据的表达式为：
Figure GDA0002421474580000171
Figure GDA0002421474580000172
其中，A表示阵元集合方阵；Trans表示阵元集合方阵A中的发射阵元；Rece表示阵元集合方阵A中的接收阵元；θT表示发射阵元的空间位置坐标中的方位角；θR表示接收阵元的空间位置坐标中的方位角；R0表示柱面阵列的底面半径；x表示目标三维像素点的空间位置坐标中的x轴的坐标；y表示目标三维像素点的空间位置坐标中的y轴的坐标；z表示目标三维像素点的空间位置坐标中的z轴的坐标；Kω表示波数；f表示发射频点；c表示光速。
本实施中，获取与各所述回波数据对应的滤波函数，具体包括：根据与各所述回波数据对应的目标三维像素点的空间位置、发射阵元的空间位置、接收阵元的空间位置以及发射频点计算获得滤波函数；所述滤波函数的表达式为：
Figure GDA0002421474580000181
其中，A表示阵元集合方阵；Trans表示阵元集合方阵A中的发射阵元；Rece表示阵元集合方阵A中的接收阵元；Im表示第m个像素点；RTI表示发射阵元与目标三维像素点之间的距离；RRI表示接收阵元与目标三维像素点之间的距离；Kω表示波数；f表示发射频点；c表示光速；
本实施中，在具体实施过程中，根据各所述三维像素点的若干回波数据以及与各所述回波数据对应的滤波函数计算获得各三维像素点的散射强度，具体包括：利用与各所述三维像素点的若干回波数据以及与各所述回波数据对应滤波函数计算获得与各所述三维像素点的若干匹配信号；对各所述匹配信号进行逆傅里叶变换，获得与各匹配信号对应的距离向压缩信号；获取各所述距离向压缩信号的峰值；对各所述距离向压缩信号的峰值进行筛选，获得若干第一压缩信号的峰值；将各所述第一压缩信号峰值进行相干叠加，获得各三维像素点的散射强度。
本实施中，对各所述距离向压缩信号的峰值进行筛选，获得若干第一压缩信号的峰值，具体包括：根据方位向合成孔径范围确定方位向筛选条件；根据高程向合成孔径范围确定高程向筛选条件；利用所述方位向筛选条件和所述高程筛选条件对各所述距离向压缩信号的峰值进行筛选，获得若干第一压缩信号的峰值；
本实施例中，所述方位向筛选条件为：
Figure GDA0002421474580000191
其中，θT表示发射阵元的空间位置坐标中的方位角；θR表示接收阵元的空间位置坐标中的方位角；um表示第m个像素点的空间位置坐标中的x轴的坐标；vm表示第m个像素点的空间位置坐标中的y轴的坐标；θA表示合成孔径方位向范围，是系统参数。
本实施中，所述高程向筛选条件为：
Figure GDA0002421474580000192
其中，um表示第m个像素点的空间位置坐标中的x轴的坐标；vm表示第m个像素点的空间位置坐标中的y轴的坐标；wm表示第m个像素点的空间位置坐标中的z轴的坐标；R0表示柱面阵列的底面半径；zT表示发射阵元的空间位置坐标中的z轴的坐标；zR表示接收阵元的空间位置坐标中的z轴的坐标；θH表示合成孔径高程向范围，是系统参数。
本实施中，所述根据各所述三维像素点的散射强度以及各三维像素点的坐标进行三维成像，获得所述监测区域的三维复原像，具体包括：根据各所述三维像素点的散射强度以及各所述三维像素点的坐标构建成像矩阵；利用所述成像矩阵绘制柱面雷达的三维复图像。其中，所述成像矩阵的表达式为：Tar_Sca＝[um vm wm σsum(Im)]；其中，Tar_Sca表示成像矩阵；um表示第m个像素点的空间位置坐标中的x轴的坐标；vn表示第m个像素点的空间位置坐标中的y轴的坐标；wm表示第m个像素点的空间位置坐标中的z轴的坐标σsum(Im)表示第m个像素点的散射强度。
结合上述实施例，本实施例中作为上述实施例三维成像的进一步方案，三维成像过程包括：
步骤S4：三维成像；根据接收阵元接收的回波信号，应用共焦投影、BP等三维成像算法实现三维成像，步骤流程图如图10所示，具体如下：
步骤S41：监测区域网格化分，具体如下：
步骤S411：监测区域网格化分；计算监测区域的空间坐标和点数；把监测区域等角度、等距离、等高度划分网格。如图12和图13所示，图12中表示划分网格三维示意图，图13表示二维划分网格二维示意图(即图12的俯视图)，黑点表示三维像素点位置，网格坐标用I(u,v,w)表示，u表示x轴坐标，v表示y轴坐标，w表示z轴坐标，每一个网格称为一个三维像素点，距离方向等分成MU，角度方向上等分成MV，高度方向上等分成份MW，共有M＝MUMVMW个像素点，第m(0≤m≤M)个像素点Im(即目标像素点)的坐标表示为(um,vm,wm)；
步骤S412：三维像素点散射强度初始化；令所有三维像素点的散射强度σsum(Im)(σsum(Im)表示像素点Im的散射强度)为0，即σsum(Im)＝0；
步骤S42：计算匹配滤波函数(即每个接收阵元接收的回波信号对应一个滤波函数)；循环选取的阵元集合方阵
Figure GDA0002421474580000201
发射阵元
Figure GDA0002421474580000202
接收阵元
Figure GDA0002421474580000203
以及像素点Im，根据选取的阵元集合方阵
Figure GDA0002421474580000204
发射阵元
Figure GDA0002421474580000205
接收阵元
Figure GDA0002421474580000206
和像素点Im，计算匹配滤波函数
Figure GDA0002421474580000207
具体如下：
步骤S421：系统初始化；对像素点、阵元集合方阵
Figure GDA0002421474580000208
发射阵元Trans以及接收阵元Rece进行初始化操作，具体如下：
步骤S4211：像素点初始化；选取第一个像素点，即令m＝1，得到Im＝I1；
步骤S4212：阵元集合方阵初始化；选取第一个阵元集合方阵，即令kA＝1，得到
Figure GDA0002421474580000209
步骤S4213：发射阵元初始化；选取第一个发射阵元，即令kT＝1，得到
Figure GDA00024214745800002010
步骤S4214：接收阵元初始化；选取第一个接收阵元，即令kR＝1，得到Trans，系统初始化结束，执行步骤S423；
步骤S422：循环选取；主要有像素点I循环、阵元集合方阵A循环、发射阵元Trans循环以及接收阵元Rece循环，具体如下：
步骤S4221：接收阵元Rece循环；若kR≤2(NS-2)，需将接收阵元循环到下一个(kR＝kR+1)，执行步骤S423；反之则执行步骤S4222；
步骤S4222：发射阵元Trans循环；若kT≤2MS，需将发射阵元循环到下一个(kT＝kT+1)，且对接收阵元进行初始化操作，最后执行步骤S423；反之则执行步骤S4223；
步骤S4223：阵元集合方阵A循环；若kA≤Sub，需将阵元集合方阵循环到下一个(kA＝kA+1)，且对发射阵元Trans和接收阵元Rece进行初始化操作，再执行步骤S423；反之则执行步骤S4224；
步骤S4224：保存像素点Im的散射强度；
步骤S4225：像素点I循环；若m≤M，首先需将像素点循环到下一个(Im＝Im+1)，然后选取σsum中第Im元素，对阵元集合方阵A、发射阵元Trans和接收阵元Rece进行初始化操作，最后执行步骤S423；反之则表示已经计算完成所有像素点Im的散射强度σsum(Im)，执行步骤S48实现三维成像；
步骤S423：计算匹配滤波函数；根据选取的阵元集合方阵、发射阵元、接收阵元以及像素点计算匹配滤波函数，所述滤波函数的表达式为：
Figure GDA0002421474580000211
其中：
Figure GDA0002421474580000212
Figure GDA0002421474580000213
Figure GDA0002421474580000214
其中，A表示阵元集合方阵；Trans表示阵元集合方阵A中的发射阵元；Rece表示阵元集合方阵A中的接收阵元；Im表示第m个像素点；RTI表示发射阵元与目标三维像素点之间的距离；RRI表示接收阵元与目标三维像素点之间的距离；R0表示柱面阵列的底面半径；Kω表示波数；f表示发射频点；c表示光速。
步骤S43：将匹配滤波函数
Figure GDA0002421474580000221
与回波数据S(A,Trans,Rece,Kω)相乘，得到匹配信号
Figure GDA0002421474580000222
具体如下：
Figure GDA0002421474580000223
步骤S44：匹配信号逆傅里叶变换；将匹配信号
Figure GDA0002421474580000224
进行逆傅里叶变换，得到距离向压缩信号
Figure GDA0002421474580000225
具体如下：
Figure GDA0002421474580000226
步骤S45：取距离向压缩信号的峰值；距离向压缩信号
Figure GDA0002421474580000227
是一个sinc函数，且距离向压缩信号的峰值
Figure GDA0002421474580000228
位于距离向压缩信号第一个采样点处，具体如下；
Figure GDA0002421474580000229
|first表示距离向压缩信号
Figure GDA00024214745800002210
第一个采样点；
步骤S46：距离向压缩信号峰值处理；根据方位向合成孔径和高程向合成孔径范围，对距离向压缩信号的峰值
Figure GDA00024214745800002211
进行处理，具体如下：
步骤S461：计算方位向筛选条件；方位向筛选条件如下所示，
Figure GDA0002421474580000231
angle(um+vmi)函数用来求解复数um+vmi在不同象限中的相角；θA表示合成孔径方位向范围，是系统参数；
步骤S462：计算高程向筛选条件；高程向筛选条件如下所示，
Figure GDA0002421474580000232
θH表示合成孔径高程向范围，是系统参数；
步骤S463：距离向压缩信号的峰值处理；根据方位向筛选条件和高程向筛选条件，令不符合条件的距离向压缩信号的峰值
Figure GDA0002421474580000233
等于0，具体如下：
Figure GDA0002421474580000234
true表示满足方位向筛选条件、高程向筛选条件的距离向压缩信号的峰值；false表示只满足其中一个筛选条件，或都不满足筛选条件；
步骤S47：相干叠加；根据像素点Im、方位向筛选条件、距离向筛选条件，将距离向压缩信号的峰值进行相干叠加σsum(Im)，计算像素点Im的散射强度：
Figure GDA0002421474580000235
Sub表示阵元集合方阵的个数，kA表示第kA个阵元集合方阵；2MS表示一个阵元集合方阵中发射阵元的个数，kT表示kA阵元集合方阵中第kT个发射阵元；2(Ns-2)表示一个阵元集合方阵中接收阵元的个数，kR表示kA阵元集合方阵中第kR个接收阵元；
步骤S48：三维复图像；根据像素点Im的坐标和计算像素点Im的对应的散射强度σsum(Im)(步骤S4224)，构建Tar_Sca＝[um vm wm σsum(Im)]矩阵，其中第一列表示像素点Im的x横坐标，第二列表示像素点Im的y坐标，第三列表示像素点Im的z坐标，第四列表示像素点Im的散射强度，利用Tar_Sca矩阵绘出柱面阵列雷达三维复图像。
本实施例中的柱面阵列雷达成像方法，能够实现360°全方位探测，并且所采用的阵元相对较少，降低成本，还能减少数据量，提高了成像效率。
本发明实施例中的柱面雷达成像系统，在进行成像时，具体工作过程如下：
步骤S51：系统初始化，设置系统控制器101参数，设置系统相关参数最大工作频率fmax、最小工作频率fmin、相位中心到目标的距离R、合成孔径方位向范围θA、合成孔径高程向范围θH、频点数Q、子阵数Sub；初始化阵元收发定时控制器201、基准频率源202、波形发生器203、正交调制器204、频率合成器205、频点分配器301、耦合器302、阵元开关选择器组401、柱面阵列天线402、混频器组501、滤波器组502、放大器组503、数据采集器601、数据预处理器701、成像处理器、图像显示模块801；
步骤S52：频点生成；通过收发定时控制器201、基准频率源202、波形发生器203、正交调制器204、频率合成器205产生不同频点的频率f1、f2…fQ，每个频点频率间隔相等；
步骤S53：频点分配；
步骤S531：频点分配；将频率合成器205产生的频点选出Sub个(Q≥Sub)频点(fp1、fp2、…fpSub)进行分配，使不同柱面阵列天线402中的子阵
Figure GDA0002421474580000241
的发射阵元40201在同一时刻发射的频点不同，同一个发射阵元40201在不同时间发射的频点不同；
步骤S532：频点耦合；将频点分配器301输出的每个频点进行耦合，每个输入的频点
Figure GDA0002421474580000242
经过耦合器都将产生一个同频率大功率频点
Figure GDA0002421474580000243
和一个同频率小功率频点
Figure GDA0002421474580000244
步骤S54：频点正交收发信号；
步骤S541：选择发射阵元；阵元开关选择器组401中的每个阵元开关选择器
Figure GDA0002421474580000251
每次只接通一个对应柱面阵列天线402中的某一个发射阵元40201，阵元开关选择器
Figure GDA0002421474580000252
有2MS个接通路线，0-iT表示接通对应子阵
Figure GDA0002421474580000253
中第iT个发射阵元；柱面阵列天线包含Sub个子阵；同一时刻，阵元开关选择器组401中的阵元开关选择器连接状态一致，
步骤S542：发射阵元发射微波；根据阵元开关选择器
Figure GDA0002421474580000254
输入的的信号
Figure GDA0002421474580000255
发射微波；
步骤S543：接收阵元接收回波；
步骤S55：信号处理；将接收的信号进行混频、滤波、放大处理；具体如下：
步骤S551：混频处理；将接收阵元接收的信号进行混频处理；混频器
Figure GDA0002421474580000256
接收子阵
Figure GDA0002421474580000257
接收的回波信号和耦合器输出的信号
Figure GDA0002421474580000258
用于滤波子阵
Figure GDA0002421474580000259
以外的回波信号；
步骤S552：滤波处理；滤波器
Figure GDA00024214745800002510
滤除混频器
Figure GDA00024214745800002511
输出的信号中的杂波；
步骤S553：放大处理；放大器
Figure GDA00024214745800002512
放大滤波器
Figure GDA00024214745800002513
输出的信号；
步骤S56：数据采集；数据采集器601采集放大器组503输出的信号，并保存；
步骤S57：成像处理；具体如下：
步骤S571：数据预处理；将数据采集器601采集的数据根据将每个子阵接收的信号按照频点的大小，按照从小到大的顺序排序，合成子阵
Figure GDA00024214745800002514
信号，让后将每个预处理的子阵信号进行叠加；
步骤S572：将预处理器701处理的数据进行成像处理，生成监测区域三维散射强度数据；
步骤S58：图像显示；将三维散射强度数据进行显示，生成监测区域三维散射强度图；
本发明实施例利用稀疏阵列原理，减少阵元数量，降低柱面阵列雷达装置系统的复杂度和探测数据的时间，提高成像效率，。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种柱面雷达成像系统，其特征在于，包括：由若干阵元集合方阵构成的柱面阵列天线、数据采集模组以及成像模组；
各所述阵元集合方阵的首行和尾行的位置设置有发射阵元；
各所述阵元集合方阵的首列和尾列、除了所述发射阵元之外的位置设置有接收阵元；
所述数据采集模组与各所述接收阵元电气连接，用于采集各所述接收阵元接收的初始回波信号，并对所述初始回波信号进行处理，获得回波信号；
所述成像模组与所述采集模组电气连接，用于对采集模组获得的回波信号进行处理，获得三维散射强度图；
对所述柱面阵列天线中的阵元位置布局、以获得若干阵元集合方阵的过程为：步骤S1：阵元布局；步骤S2：频点设置，获取频点矩阵；将工作频段设置成多个频点，获取频点矩阵；步骤S3：收发方式和策略；选取不同阵元集合方阵中的发射阵元，匹配阵元发射频点，发射、接收信号；其中，匹配时，每个阵元循环发射每个频点，同一时刻不同阵元发射的频点不同，不同时刻同一阵元发射的频点不同，保证每个阵元都发射所有不同大小的频点，而且仅发射一次；步骤S4：三维成像；根据接收阵元接收的回波信号，应用共焦投影、BP三维成像算法实现三维成像。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：频点信号生成模组以及频点信号分配模组；
所述频点信号生成模组用于生成若干不同频点的频点信号，所述频点信号生成模组的输出端与频点信号分配模组的输入端电气连接；
所述频点信号分配模组用于接收所述频点信号生成模组生成的若干频点信号，并将各所述频点信号分别依次分配给各所述阵元集合中的第一发射阵元，以使所述第一发射阵元发射频点信号。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与各阵元集合方阵对应的阵元选通开关以及与各所述阵元选通开关电气连接的控制模组；
各所述阵元选通开关串联在所述阵元集合方阵的发射阵元和频率分配模组之间，各所述阵元选通开关用于根据控制模组输出的控制信号，接通阵元集合方阵中的一个发射阵元作为当前工作的第一发射阵元，以使所述频率分配模组为所述第一发射阵元分配频点信号输。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述频点信号生成模组包括：阵元收发定时器、基准频率源、波形发生器、正交调制器以及频率合成器；
所述阵元收发定时器输出端分别与所述基准频率源的输出端以及所述频率合成器的输入端电气连接；所述阵元收发定时器用于生成时间控制信号，并将所述时间控制信号输出给所述基准频率源以及所述频率合成器，以控制微波产生的时间；
所述基准频率源的输出端分别与所述波形发生器的输入端以及所述频率合成器的输入端电气连接；所述基准频率源用于接收所述阵元收发定时器输出的时间控制信号，以根据所述时间控制信号产生基准率的微波，并将产生的基准频率的微波输出给所述波形发生器和所述频率合成器；
所述波形发生器的输出端与正交调制器的输入端电气连接；所述波形发生器用于接收基准频率源产生的基准率的微波，根据基准频率的微波产生第一微波，并将产生的第一微波输出给所述正交调制器；
所述正交调制器的输出端与所述频率合成器的输入端电气连接；所述正交调制器用于接收微波发生器产生的第一微波，对所述第一微波进行调制，并将调制后的第一微波输出给所述频率合成器；
所述频率合成器的输出端与频点信号分配模组的输入端电气连接；所述频率合成器用于接收所述阵元收发定时控制器输出的时间控制信号、基准频率源输出的基准频率的微波以及正交调制器输出的调制后的第一微波，根据实际控制信号、基准频率的微波以及调制后的第一微波合成不同频点的频点信号，并将各频点信号输出给所述频点信号分配模组。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述频点信号分配模组包括：频点分配器以及耦合器；
所述频点分配的输入端为频点信号分配模组的输入端、与所述频点信号生成模组的输出端电气连接，所述频点分配器的输出端与所述耦合器电气连接；所述频点分配器用于接收频点信号生成模组输出的若干频点信号，同时为各所述阵元集合方阵的第一发射阵元分配一频点信号作为第一频点信号，将各第一频点信号输出给所述耦合器；
所述耦合器用于接收各所述第一频点信号，根据各所述第一频点信号生成与各所述第一频点信号对应的第一频点信号组，并将各所述第一频点信号组中的二频点信号输出给与所述第一频点信号对应的阵元集合方阵的第一发射阵元；
其中，各所述第一频点信号组中包括与第一频点信号的频率相同的第二频点信号和第三频点信号，所述第二频点信号的功率大于所述第三频点信号的功率。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集模组包括：与各阵元集合方阵对应的信号处理单元以及数据采集器；
各所述信号处理单元分别包括依次电气连接的混频器、滤波器以及放大器；
所述混频器的输入端作为所述信号处理单元的输入端，分别与频点信号生成模组的输出端以及阵元集合方阵的各发射阵元的输出端电气连接；所述混频器用于接收频点信号分配模组生成的第三频点信号以及接收阵元接收的初始回波信号，利用所述第三频点信号对所述回波信号进行滤波处理，以获得第一滤波信号，并将所述第一滤波信号输出各所述滤波器；
所述滤波器用于接收混频器输出的第一滤波信号，对所述第一滤波信号进行滤波处理获得第二滤波信号，并将所述第二滤波信号输出给所述放大器；
所述放大器用于接收所述滤波器输出的第二滤波信号，对所述第二滤波信号进行放大获得回波信号，并将回波信号输出给所述数据采集器；
所述数据采集器的输出端作为数据采集模组的输出端，所述数据采集器用于接收各信号处理单元中的放大器输出的回波信号，对各回波信号进行保存并输出给所述成像模组。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像模组包括：数据预处理器和成像处理器；
所述数据预处理器的输入端与所述数据采集模组的输出端电气连接，所述数据预处理器用于从数据采集模组中获取回波信号，对回波信号进行合成、叠加，获得成像数据，并将所述成像数据输出给所述成像处理器；
所述成像处理器用于接收所述预处理器输出的成像数据，并对所述成像数据进行成像处理，获得监测区域的三维散射强度数据。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述成像模组还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述成像处理器的输出端电气连接，所述显示模块用于接收所述成像处理器输出的监测区域的三维散射强度数据并进行显示，获得监测区域的三维散射强度图。
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