CN111999782A - 一种旋转扫描成像系统的自动校准方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，步骤如下：(一)、设置毫米波天线校准件；(二)、将校准件与接收单元连接，处理机确定发射单元的不一致性参数；步骤(三)、将校准件与发射单元连接，处理机确定接收单元的不一致性参数；步骤(四)、处理机根据发射单元的不一致性参数和接收单元的不一致性参数，确定校准件的最优位置，获得发射校准数据和接收校准数据，完成旋转扫描成像系统的校准。对比原有的需要手动调节寻找校准件位置的方法，本发明得到的最优位置更精确，所需要的校准时间更少，效率更高，有效地保证了校准的精度。

Description

一种旋转扫描成像系统的自动校准方法

技术领域

本发明属于毫米波安检成像技术领域，特别涉及一种旋转扫描成像系统的自动校准方法。

背景技术

近年来国内外的恐怖袭击事件频繁发生，违禁品与危险品的种类也越来越多，传统的金属探测安检门已经不能满足当前安检市场的需求。金属探测安检门只能检测到金属制品，无法对人体进行成像，无法检测出塑料、陶瓷等违禁物品。X光机可以检测出所有的违禁物品可是却对人体有害，也无法应用在人体安检上。目前而言，毫米波三维成像技术是替代传统案件手段的有效方法。

对于毫米波安检系统而言，毫米波天线具有带宽大，多通道的特点，这导致大带宽信号的线性度、通道内的幅相一致性，以及通道之间的幅相一致性难以保证，所成图像存在散焦、失真等问题。一般采用高精度的校准件来完成信号幅相不一致性校准。但是目前校准件位置需要手动调节寻找，耗时长，且很难找到最优的位置，从而影响校准的精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转扫描成像系统的自动校准方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，所述旋转扫描成像系统由两列毫米波天线阵列构成，两列毫米波天线阵列均为线性排列，每列毫米波天线阵列均包括发射单元和接收单元；

所述旋转扫描成像系统的自动校准方法包括如下步骤：

步骤(一)、设置校准件，所述校准件为毫米波天线；

步骤(二)、将校准件与接收单元连接，所有发射单元发射毫米波信号，校准件接收回波信号，并将每个发射单元的回波信号传输回处理机，处理机确定发射单元的不一致性参数；

步骤(三)、将校准件与发射单元连接，校准件发射毫米波信号，接收单元接收回波信号，每个接收单元将接收的回波信号传输回处理机，处理机确定接收单元的不一致性参数；

步骤(四)、处理机根据发射单元的不一致性参数和接收单元的不一致性参数，确定校准件的最优位置，获得发射校准数据和接收校准数据，完成旋转扫描成像系统的校准。

所述步骤(二)中，处理机确定发射单元不一致性参数的实现方式如下：

(2.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第i个发射单元的位置坐标(x_i,y_i,z_i)，则校准件到第i个发射单元的距离R_i满足：

(2.2)对所有发射单元的回波信号的幅度求平均值，每个发射单元回波信号的幅度减去该平均值，即为每个发射单元的不一致性参数。

所述步骤(三)中，处理机确定接收单元不一致性参数的实现方式如下：

(3.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第p个接收单元的位置坐标(x_p,y_p,z_p)，则校准件到第p个接收单元的距离R_p满足：

(3.2)对所有接收单元接收到的回波信号的幅度求平均值，每个接收单元接收的回波信号的幅度减去该平均值，即为每个接收单元的不一致性参数。

所述步骤(四)中，按照如下方法确定校准件最优位置：

(4.1)根据每个发射单元的不一致性参数，求取所有发射单元不一致参数的标准差；

(4.2)根据每个接收单元的不一致性参数，求取所有接收单元不一致参数的标准差；

(4.3)将所有发射单元不一致参数的标准差和所有接收单元不一致参数的标准差相加，以标准差和最小为目标函数，在a≤0.1，b≤0.1的范围内遍历校准件的所有可能位置，当标准差和最小时，对应的校准件位置坐标即为校准件的最优位置。

所述步骤(四)中，根据校准件最优位置确定第i个发射单元的初始发射校准数据Tref_i，进而利用如下公式获得第i个发射单元的实际发射校准数据Tref_i′，所述Tref_i′消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为第i个发射单元的位置坐标。

所述步骤(四)中，根据校准件最优位置确定第p个接收单元的初始接收校准数据Rref_p，进而利用如下公式获得第p个接收单元的实际接收校准数据Rref_p′，所述Rref_p′消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_p,y_p,z_p)为第p个接收单元的位置坐标。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提出了一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，该方法实现了天线系统的自动校准，对比原有的需要手动调节寻找校准件位置的方法，本发明得到的最优位置更精确，所需要的校准时间更少，效率更高，有效地保证了校准的精度。

附图说明

图1为本发明自动校准方法流程图；

图2为获得校准件最优位置的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明是应用于毫米波天线系统的自动校准方法，使用一个高精度的校准件，发射通道和接收通道的信号都从校准件进行反射。

本发明的旋转扫描成像系统由天线阵列构成，天线阵列的排列为每侧天线阵列均为线性排列，每侧毫米波天线阵列均包括发射单元和接收单元。

如图1所示，本发明步骤如下：

步骤(一)、设置校准件，所述校准件为毫米波天线；

步骤(二)、将校准件与接收单元连接，所有发射单元发射毫米波信号，校准件接收回波信号，并将每个发射单元的回波信号传输回处理机，处理机确定发射单元的不一致性参数；

处理机确定发射单元不一致性参数的实现方式如下：

(2.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第i个发射单元的位置坐标(x_i,y_i,z_i)，则校准件到第i个发射单元的距离R_i满足：

(2.2)对所有发射单元的回波信号的幅度求平均值，每个发射单元回波信号的幅度减去该平均值，即为每个发射单元的不一致性参数。

步骤(三)、将校准件与发射单元连接，校准件发射毫米波信号，接收单元接收回波信号，每个接收单元将接收的回波信号传输回处理机，处理机确定接收单元的不一致性参数；

处理机确定接收单元不一致性参数的实现方式如下：

(3.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第p个接收单元的位置坐标(x_p,y_p,z_p)，则校准件到第p个接收单元的距离R_p满足：

(3.2)对所有接收单元接收到的回波信号的幅度求平均值，每个接收单元接收的回波信号的幅度减去该平均值，即为每个接收单元的不一致性参数。

步骤(四)、处理机根据发射单元的不一致性参数和接收单元的不一致性参数，确定校准件的最优位置，获得发射校准数据和接收校准数据，完成旋转扫描成像系统的校准。

按照如下方法确定校准件最优位置：

(4.1)根据每个发射单元的不一致性参数，求取所有发射单元不一致参数的标准差；

(4.2)根据每个接收单元的不一致性参数，求取所有接收单元不一致参数的标准差；

(4.3)将所有发射单元不一致参数的标准差和所有接收单元不一致参数的标准差相加，以标准差和最小为目标函数，在a≤0.1，b≤0.1的范围内遍历校准件的所有可能位置，当标准差和最小时，对应的校准件位置坐标即为校准件的最优位置。

确定校准件最优位置的流程示意图如图2所示。

根据校准件最优位置确定第i个发射单元的初始发射校准数据Tref_i，进而利用如下公式获得第i个发射单元的实际发射校准数据Tref_i′，所述Tref_i′消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为第i个发射单元的位置坐标。

根据校准件最优位置确定第p个接收单元的初始接收校准数据Rref_p，进而利用如下公式获得第p个接收单元的实际接收校准数据Rref_p′，所述Rref_p′消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_p,y_p,z_p)为第p个接收单元的位置坐标。

应用本发明方法，依据所述不一致性参数，对成像系统所采集的回波数据进行校准，接收单元接受通道与发射通道单元可以同时进行校准。同时，由于通过遍历确定了校准件的最优位置，所以能够得到精确的校准数据。且相较于手动校准，本发明明显节省了校准件位置调节的时间，提高了校准效率和精度。

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 (6)

1.一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述旋转扫描成像系统由两列毫米波天线阵列构成，两列毫米波天线阵列均为线性排列，每列毫米波天线阵列均包括发射单元和接收单元；

所述旋转扫描成像系统的自动校准方法包括如下步骤：

步骤(一)、设置校准件，所述校准件为毫米波天线；

步骤(二)、将校准件与接收单元连接，所有发射单元发射毫米波信号，校准件接收回波信号，并将每个发射单元的回波信号传输回处理机，处理机确定发射单元的不一致性参数；

步骤(三)、将校准件与发射单元连接，校准件发射毫米波信号，接收单元接收回波信号，每个接收单元将接收的回波信号传输回处理机，处理机确定接收单元的不一致性参数；

步骤(四)、处理机根据发射单元的不一致性参数和接收单元的不一致性参数，确定校准件的最优位置，获得发射校准数据和接收校准数据，完成旋转扫描成像系统的校准。

2.根据权利要求1所述的一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述步骤(二)中，处理机确定发射单元不一致性参数的实现方式如下：

(2.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第i个发射单元的位置坐标(x_i,y_i,z_i)，则校准件到第i个发射单元的距离R_i满足：

(2.2)对所有发射单元的回波信号的幅度求平均值，每个发射单元回波信号的幅度减去该平均值，即为每个发射单元的不一致性参数。

3.根据权利要求2所述的一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述步骤(三)中，处理机确定接收单元不一致性参数的实现方式如下：

(3.1)设校准件的位置坐标为(xR,yR,zR)，且xR∈[-a,a]，yR∈[-a,a]，zR∈[-b,b]，a≤0.1，b≤0.1，第p个接收单元的位置坐标(x_p,y_p,z_p)，则校准件到第p个接收单元的距离R_p满足：

(3.2)对所有接收单元接收到的回波信号的幅度求平均值，每个接收单元接收的回波信号的幅度减去该平均值，即为每个接收单元的不一致性参数。

4.根据权利要求3所述的一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述步骤(四)中，按照如下方法确定校准件最优位置：

(4.1)根据每个发射单元的不一致性参数，求取所有发射单元不一致参数的标准差；

(4.2)根据每个接收单元的不一致性参数，求取所有接收单元不一致参数的标准差；

(4.3)将所有发射单元不一致参数的标准差和所有接收单元不一致参数的标准差相加，以标准差和最小为目标函数，在a≤0.1，b≤0.1的范围内遍历校准件的所有可能位置，当标准差和最小时，对应的校准件位置坐标即为校准件的最优位置。

5.根据权利要求1所述的一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述步骤(四)中，根据校准件最优位置确定第i个发射单元的初始发射校准数据Tref_i，进而利用如下公式获得第i个发射单元的实际发射校准数据Tref′_i，所述Tref′_i消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为第i个发射单元的位置坐标。

6.根据权利要求1所述的一种旋转扫描成像系统的自动校准方法，其特征在于：所述步骤(四)中，根据校准件最优位置确定第p个接收单元的初始接收校准数据Rref_p，进而利用如下公式获得第p个接收单元的实际接收校准数据Rref′_p，所述Rref′_p消除了由于路程差导致的相位不一致：

其中，k表示波束，c表示光速，(xR_最优,yR_最优,zR_最优)为校准件的最优位置坐标，(x_p,y_p,z_p)为第p个接收单元的位置坐标。

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