CN111650585B - 近场毫米波稀疏mimo扫描阵列全聚焦成像方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置，所述方法包括：在预设直角坐标系下获取目标散射的球面波信号，将其分解为平面波信号，根据成像聚焦约束条件沿阵列扫描方向将平面波信号转换为波数域信号，将该波数域信号在x‑y平面上进行后向投影并转换为空间域信号，根据发射阵列和接收阵列间的距离补偿空间域信号，得到目标的三维全聚焦成像结果。本方法适用于近场快速成像场景，不限制成像设备信号发射阵列和接收阵列的位置和分布，适用于稀疏MIMO扫描阵列，可降低成像设备成本；在阵元位置变化或损坏时，仍可获得快速、全聚焦的成像结果；还可避免后向投影算法处理稀疏扫描阵列时成像时间长、设备昂贵的问题。
Description
技术领域
本申请涉及雷达信号处理技术和雷达成像技术领域，特别是涉及一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置。
背景技术
随着交通运输、公共安全等领域对安全监控方面要求的提高，部署能够探测隐藏威胁的监视系统越来越迫切。在这一领域，基于近场毫米波的MIMO机械扫描阵列是实现隐藏目标探测和成像的一种重要手段。在这一成像场景下，天线合成孔径长度和天线到目标的距离通常在相同数量级，因此远场的平面波假设不再适用。
然而，针对MIMO阵列的成像算法大多假设目标在远场区域，并采用平面波假设。另一方面，对于近场应用中使用的球面波模型，目前的大部分快速成像方法在将球面波分解为平面波的过程中，对发射阵列或者接收阵列的位置有约束，例如要求天线阵列在同一直线上且发射阵列或接收阵列均匀分布，如果实际应用场景中的阵列位置不满足要求，或因阵元损坏等原因发生未知变化，这些算法就会因无法满足位置约束条件而不再适用。而对于此类稀疏分布的发射阵列和接收阵列构型，采用基于后向投影算法（back-projectionalgorithm, BP）能够获得良好的成像效果，但是成像过程的时间花费十分巨大，进而导致需要昂贵的并行计算设备以达到实时成像的需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用于MIMO近场应用场景且不受发射阵列或接收阵列位置约束的近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法和装置。
一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，所述方法包括：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
其中一个实施例中，在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号的步骤包括：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。
根据近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及回波信号，得到经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。
其中一个实施例中，根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号的步骤包括：
以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。
将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。
将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
其中一个实施例中，根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号的步骤包括：
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号。
根据发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换。
将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
其中一个实施例中，将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果的步骤包括：
对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号。
根据发射阵列和接收阵列的z轴坐标差值，对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像装置，其特征在于，所述装置包括：
球面波信号获取模块，用于在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
后向投影波数域信号获取模块，用于根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
三维全聚焦成像模块，用于将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
其中一个实施例中，球面波信号获取模块用于：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。
根据近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及回波信号，得到经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。
其中一个实施例中，后向投影波数域信号获取模块用于：
以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。
将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。
将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
上述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法、装置、计算机设备和存储介质，在预设的直角坐标系下获取目标散射的球面波信号，将其分解为平面波信号，根据成像聚焦约束条件沿阵列扫描方向将平面波信号转换为波数域信号，将该波数域信号在x-y平面上进行后向投影并转换为空间域信号，根据发射阵列和接收阵列之间的距离对空间域信号进行补偿，得到目标的三维全聚焦成像结果。本申请提供的方法、装置、计算机设备和存储介质适用于近场快速成像场景，并且不限制成像设备的信号发射阵列和接收阵列的位置和分布，因此适用于稀疏MIMO扫描阵列，可以降低成像设备成本；并且在设备出现阵元位置变化或阵元损坏的情况时，仍然可以获得快速、全聚焦的成像结果，可以确保成像设备的健壮性；还可以避免使用后向投影算法处理稀疏分布的扫描阵列时，成像时间长、并行计算设备昂贵的问题。
附图说明
图1为一个实施例中近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法的应用场景图；
图2为一个实施例中近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法的步骤图；
图3为一个实施例中近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法的流程示意图；
图4为实验中使用的MIMO扫描阵列结构示意图；
图5为实验中的作为被扫描目标的西门子星状测试图；
图6为实验中的2维和3维成像结果图；
图7为另一个实验中使用的MIMO扫描阵列结构示意图；
图8为另一个实验的实验场景和被扫描目标示意图；
图9为另一个实验中的成像结果图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，MIMO扫描阵列包括水平排列的发射器和接收器，阵列可沿竖直方移动，通过发射器发射毫米波信号，由接收器接收经被扫描目标散射后的回波信号，对该目标进行成像。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，以使用该方法处理图1中接收阵列收到的回波信号为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
由于平面波不适用于安检扫描等近场成像应用场景，因此步骤202获取回波信号时选择获取球面波信号。可以根据与球面波信号相关的要素将其定义为4维信号，即发射阵列维度、接收阵列维度、扫描阵列维度和信号维度。
步骤204，根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
由于要保证多个阵元以及扫描过程中的成像聚焦，步骤204根据预设的成像聚焦约束条件将获取到的球面波信号分解为平面波信号。随后将平面波信号转换成沿z轴方向的波数域信号，再将其在x-y平面进行后向投影，将四维信号压缩为三维信号。
步骤206，将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
将投影后得到的三维信号变换回空间域，考虑到发射阵列和接受阵列之间存在排列间距，根据这个间距对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
上述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，不限制成像设备的信号发射阵列和接收阵列的位置和分布，因此适用于稀疏MIMO扫描阵列，可以降低成像设备成本；并且在设备出现阵元位置变化或阵元损坏的情况时，仍然可以获得实现快速、全聚焦的成像结果，可以确保成像设备的健壮性；还可以避免使用后向投影算法处理稀疏分布的扫描阵列时，成像时间长、并行计算设备昂贵的问题。
其中一个实施例中，如图3所示，提供了一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，其具体处理过程可分为三大步：第一步为球面波分解为平面波，将四维回波数据转换成三维数据；第二步在x-y平面上进行后向投影；第三步为补偿发射阵列和接收阵列之间的距离误差进行三维成像。具体包括以下步骤：
步骤302：在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的坐标以及对应的发射信号，获取接收阵列的坐标以及被扫描目标的坐标，根据发射信号得到经该被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。
为获取三维成像结果，扫描使用宽带信号，以线性调频信号为例，其接收信号可以表示为如式（1）所示的模式。
其中，
代表回波信号，
为距离快时间，
为方位慢时间，TP为线性调频信号的扫频周期，fc为雷达载频，κ为调频率，B是信号带宽，Ri是被扫描目标到阵列的距离，c为光速，rect()表示方脉冲，exp表示e为底的指数函数，j表示虚数单位。
经过解线性调频处理之后，中频信号可以表示为：
在如图1所示的场景和坐标系下，获取稀疏MIMO扫描阵列的回波结果。假设发射阵列中阵元坐标为
。实际应用中，发射阵列和接收阵列之间有一个固定的距离差
，因此接收阵列中阵元的坐标为
。MIMO阵列的方向与x轴一致，阵列的扫描方向与z轴一致，阵列通过移动进行扫描，其整个扫描过程可以等效为一个平面阵列。设被扫描目标的散射系数为
，坐标为
，波束
的波长
，目标距离发射器和接收器位置分别为RT和RR，可以得到：
其中，RT和RR可以表示为
步骤304：以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。
利用球面波分解为平面波的公式，即利用傅里叶变换和驻定相位原理，球面波信号分解为平面波信号，具体为：
其中，
、
分别代表发射阵列和接收阵列在x-y平面上的波数，
、
分别代表发射阵列和接收阵列在z轴上的波数，
、
、
、
满足以下约束条件：
式（6）中的约束条件，对数据从四维数据转换成三维数据的条件进行了约束，通过限制x-y平面上的波数必须大于零，可以避免MIMO扫描阵列的成像散焦。
由于
，设
，将式（5）和（6）分别代入式（3），得到：
步骤306：根据发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换。
为快速地将平面波信号沿扫描方向从空域转换到波数域，本步骤利用了快速傅里叶变换，因此要求扫描阵列的扫描间隔均匀。而大多数应用场景中的MIMO扫描阵列都采用均匀间隔扫描的工作模式，符合本步骤中采用方法的要求。
对于步骤304中得到的平面波信号，对
进行傅里叶变换，得到：
考虑到发射阵列和接收阵列之间的固定相位差，有以下傅里叶变换关系：
通过考虑式（9）中的固定相位误差，能够避免其引起成像位置误差。本实施例中以发射阵列的位置为基准，考虑接收阵列的位置与发射阵列之间的固定距离差，对此在波数域进行相位补偿。同时，为避免平面波对近场成像的影响，在进行波数域变换时，利用球面波进行公式推导，并对球面波分解，可以在不影响成像质量的情况下提升成像速度。
步骤308：将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
本步骤针对稀疏MIMO阵列的特性，采用后向投影的方法进行成像。由于之前在波数域信号是经过了从球面波分解为平面波的过程，因此本步骤只需要将该波数域信号在x-y平面上进行后向投影，相较于传统后向投影方法降低了计算量、提高了成像速度。
具体地，根据式（10），将四维的波数域信号转换为三维：
将得到的三维波数域信号在x-y平面进行后向投影，可以得到：
步骤309：对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号。根据发射阵列和接收阵列的z轴坐标差值，对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
具体地，根据式（13）对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换并进行误差校正，可以得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
本实施例提供了一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法的具体实现方式，该方法以球面波分解为平面波和后向投影方法相结合，针对稀疏MIMO扫描阵列实现快速全聚焦成像，避免了传统的后向投影方法成像速度慢、提高成像速度代价大的问题，避免了采用等效相位中心原理的快速成像方法时图像散焦、成像效果差的问题，提升了三维成像速度，能够在简化设备的前提下达到与后向投影方法相同的成像性能。
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
下面提供仿真和实验验证数据，以证明上述实施例提供方法的有效性。以一个载频为33GHz的宽带雷达系统为例，分别以西门子星状测试图和人体模型作为被扫描目标，通过成像时间对比说明本方法的有效性。实验中使用的MIMO扫描阵列如图4所示，方框为发射信号阵元，圆圈为接收信号阵元，叉为损坏阵元，发射阵列和接收阵列的阵列间隔为0.024m。发射阵列的载频为33GHz，带宽为6GHz，每个脉冲内采样点数为31个，接收阵列采用解线频调接收方式。被扫描目标设置在距离MIMO阵列0.5m处。
以如图5所示的西门子星状测试图为被扫描对象，其参数为外圈半径0.06m，内圈半径0.01m，厚度0.002m。分别采用传统后向投影方法和本申请的方法对西门子形状图进行二维和三维成像，得到成像结果如图6所示，其中a)和b）为传统后向投影方法的成像结果，c)和d)为本实施例提供方法的成像结果。
从成像结果可以看出，两种成像方法的成像结果基本一致。但本发明相较于传统后向投影方法采用了快速傅里叶变换，并且只需要在x-y二维平面进行投影，因此成像速度有极大提高。具体地，对于图6的成像结果，采用Intel(R) core(TM) i7-9750H CPU处理器进行处理，传统后向投影的三次平均成像时间为2820.48秒，而本申请提供方法的成像时间为39.47秒。通过比较可以明显看出，本申请的成像算法时间相当于传统算法成像时间的2%，成像速度有极大提升。并且本申请的方法考虑了成像场景中发射阵列和接收阵列之间的位置误差，进行了补偿，因此其成像结果准确确定了成像目标的位置。
随后，以人体为被扫描目标进行实验，以说明本申请提供方法的成像效果。实验中使用的MIMO阵列如图7所示。人体目标和实验场景如图8所示，其中虚线框出的区域为阵列扫描区域，实线框出的区域为成像区域。成像结果如图9所示。可以看到，使用本申请提供的方法，人体目标衣服下面佩戴的手枪模型清晰可见，并且在没有采用GPU加速等并行化技术的情况下，完成成像只需要228s。
在一个实施例中，提供了一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像装置，其特征在于，所述装置包括：
球面波信号获取模块，用于在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
后向投影波数域信号获取模块，用于根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
三维全聚焦成像模块，用于将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
其中一个实施例中，球面波信号获取模块用于：在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。根据近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及回波信号，得到经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。
其中一个实施例中，后向投影波数域信号获取模块用于：以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
其中一个实施例中，后向投影波数域信号获取模块用于：根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号。根据发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
其中一个实施例中，三维全聚焦成像模块用于：对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号。根据发射阵列和接收阵列的z轴坐标差值，对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
关于一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像装置的具体限定可以参见上文中对于一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法的限定，在此不再赘述。上述一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号。根据发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号。根据发射阵列和接收阵列的z轴坐标差值，对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。该直角坐标系的x轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与发射信号的方向平行，z轴与近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行。
根据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号，将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
将后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据发射阵列和接收阵列的坐标对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将球面波信号分解为平面波信号。将平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：据预设的成像聚焦约束条件将球面波信号分解为平面波信号。根据发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换。将波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：对后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号。根据发射阵列和接收阵列的z轴坐标差值，对空间域信号进行误差校正，得到被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像方法，所述方法包括：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号；所述直角坐标系的x轴与所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与所述发射信号的方向平行，z轴与所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行；
以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将所述球面波信号分解为平面波信号，将所述平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将所述波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号；
将所述后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据所述发射阵列和所述接收阵列的坐标对所述空间域信号进行误差校正，得到所述被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号的步骤包括：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的回波信号；
根据所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及所述回波信号，得到经所述被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将所述球面波信号分解为平面波信号，将所述平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将所述波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号的步骤包括：
以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将所述球面波信号分解为平面波信号；
根据所述发射阵列和所述接收阵列之间的z轴坐标差值，对所述平面波信号在z轴方向进行快速傅里叶变换；
将所述波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据所述发射阵列和所述接收阵列的坐标对所述空间域信号进行误差校正，得到所述被扫描目标的三维全聚焦成像结果的步骤包括：
对所述后向投影波数域信号在z轴方向进行逆快速傅利叶变换，得到对应的空间域信号；
根据所述发射阵列和所述接收阵列的z轴坐标差值，对所述空间域信号进行误差校正，得到所述被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
5.一种近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列全聚焦成像装置，其特征在于，所述装置包括：
球面波信号获取模块，用于在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的发射信号经被扫描目标散射后在接收阵列处的球面波信号；所述直角坐标系的x轴与所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列方向平行，y轴与所述发射信号的方向平行，z轴与所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的扫描方向平行；
后向投影波数域信号获取模块，用于以x-y平面上的波数大于0为成像聚焦约束条件，利用傅里叶变换和驻相定位原理，将所述球面波信号分解为平面波信号，将所述平面波信号沿z轴方向转换为波数域信号，将所述波数域信号在x-y平面进行后向投影，得到后向投影波数域信号；
三维全聚焦成像模块，用于将所述后向投影波数域信号转化至空间域中得到空间域信号，根据所述发射阵列和所述接收阵列的坐标对所述空间域信号进行误差校正，得到所述被扫描目标的三维全聚焦成像结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述球面波信号获取模块用于：
在预设的直角坐标系下，获取近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的发射阵列的坐标以及对应的发射信号；
获取所述近场毫米波稀疏MIMO扫描阵列的接收阵列的坐标以及被扫描目标坐标，得到所述发射信号经被扫描目标散射后，在接收阵列处的球面波信号。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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