CN113050089B - 基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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CN113050089B CN202110303862.1A CN202110303862A CN113050089B CN 113050089 B CN113050089 B CN 113050089B CN 202110303862 A CN202110303862 A CN 202110303862A CN 113050089 B CN113050089 B CN 113050089B
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Abstract

本申请涉及一种基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备。所述方法包括：针对MIMO‑SAR体制的回波信号模型，首先考虑了目标回波沿空间路径的传输损耗，保留了回波模型中的幅度衰减因子，接下来对线性相位项中球面波前的MIMO阵列维度采用了一步平面波近似，并根据目标回波方程特性对机械扫描维执行了卷积操作，通过FFT/IFFT和降维累加等步骤对回波进行处理得到不同空间波数对应的目标子图像，最后通过对求解出的所有空间波数对应的子图像相干累加得到最终的目标图像。采用本方法能够在距离衰减时进行快速成像。

Description

基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备。
背景技术
合成孔径雷达目前广泛应用于遥感领域，它是一种有着全天候和高分辨率特性的成像雷达，在军事、通信和航天等诸多军用和民用领域中有其无可替代的优势。主动式毫米波阵列成像系统是合成孔径雷达成像技术在安检和无损检测等近场民用领域中的重要应用形式，它属于有源探测领域，可以通过接收并处理目标散射的电磁回波信号来对目标特性进行表征。毫米波的优势在于它的散射特性对目标形状细节较为敏感，可以实现对目标的高分辨率成像，并且它还具有一定的穿透能力和无电离辐射等优点，因此毫米波成像技术在安检和无损检测等领域有其独特的优势，经过半个世纪的发展，该领域在阵列构型、成像算法等方面取得了很大的研究进展。近年来，随着MIMO-SAR技术的迅猛发展，基于该体制的快速成像方法层出不穷，在这些方法中信号沿空间路径的传播衰减通常不被考虑。然而在近场毫米波成像系统中，目标所在成像区域的距离向分布跨度很有可能与系统距离向探测范围处于同一量级，因此与系统阵列平面相距较远处目标的成像质量不可避免地受到信号空间传播损耗带来的影响。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备。
一种基于距离衰减补偿的快速成像方法，所述方法包括：
根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；
根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；
对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；
对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像。
在其中一个实施例中，还包括：根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子为1/(4πRtRr)；其中：
Figure BDA0002987333240000021
Figure BDA0002987333240000022
Rt为目标点与发射阵元的距离，Rr为目标点与接收阵元的距离，(x,y,z)代表笛卡尔直角坐标系O-xyz的空间区域中的任意目标点，发射阵元和接收阵元的阵线位于z＝z0平面上，MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元的坐标可分别表示为(u,y',z0)和(v,y',z0)；
根据所述幅度衰减因子，构建回波模型为：
Figure BDA0002987333240000023
其中，σ(x,y,z)表示目标点(x,y,z)的电磁波反射率，k＝2πf/c为空间波数，f和c分别表示频率和光速。
在其中一个实施例中，还包括：对所述回波模型中的u和v维度分别执行傅里叶变换操作得到：
Figure BDA0002987333240000024
上式中ku和kv分别与u和v构成傅里叶变换对，该式可变换为：
Figure BDA0002987333240000025
根据驻定相位原理将上式
Figure BDA0002987333240000026
中的
Figure BDA0002987333240000027
和
Figure BDA0002987333240000028
分解为：
Figure BDA0002987333240000029
Figure BDA0002987333240000031
根据分解后的
Figure BDA0002987333240000032
和
Figure BDA0002987333240000033
得到频谱回波信号为：
Figure BDA0002987333240000034
对
Figure BDA0002987333240000035
中的y'进行傅里叶变换得到谱域回波信号
Figure BDA0002987333240000036
在其中一个实施例中，还包括：根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式为：
Figure BDA0002987333240000037
对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号
Figure BDA0002987333240000038
在其中一个实施例中，还包括：确定方位向空间波数kx表达式为：
kx＝ku+kv
对
Figure BDA0002987333240000039
和
Figure BDA00029873332400000310
中分布在ku-kv维度的数据执行降维累加操作，分别得到
Figure BDA00029873332400000311
和
Figure BDA00029873332400000312
将所述累加后的频谱回波信号
Figure BDA00029873332400000313
和所述累加后的相位项信号
Figure BDA00029873332400000314
相乘得到匹配表达式为：
Figure BDA00029873332400000315
在其中一个实施例中，还包括：对每种空间波数kl，对M(kx,ky,z,kl)的kx和ky维度分别执行傅里叶逆变换操作得到对应于空间波数kl子图像信息
Figure BDA00029873332400000316
在其中一个实施例中，还包括：对所有空间波数kl对应的目标子图像
Figure BDA00029873332400000317
进行相干累加求和得到最终重构出的目标图像σ(x,y,z)。
一种基于距离衰减补偿的快速成像装置，所述装置包括：
回波模型构建模块，用于根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
信号获取模块，用于对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
图像重构模块，用于将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像。
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，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；
根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；
对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；
对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像。
上述基于距离衰减补偿的快速成像方法、装置和计算机设备，针对MIMO-SAR体制的回波信号模型，首先考虑了目标回波沿空间路径的传输损耗，保留了回波模型中的幅度衰减因子，接下来对线性相位项中球面波前的MIMO阵列维度采用了一步平面波近似，并根据目标回波方程特性对机械扫描维执行了卷积操作，通过FFT/IFFT和降维累加等步骤对回波进行处理得到不同空间波数对应的目标子图像，最后通过对求解出的所有空间波数对应的子图像相干累加得到最终的目标图像。
附图说明
图1为一个实施例中基于距离衰减补偿的快速成像方法的流程示意图；
图2为一个实施例中MIMO-SAR成像几何的示意图；
图3为一个实施例中成像目标的示意图；
图4为一个实施例中图3的成像场景图；
图5为一个实施例中图4所示场景的成像结果图；其中，(a)使用MIMO距离徙动算法得到的三维成像结果；(b)MIMO距离徙动算法对应的俯视图；(c)MIMO距离徙动算法对应的正视图；(d)MIMO距离徙动算法对应的侧视图；(e)本发明方法的三维成像结果；(f)本发明方法对应的俯视图；(g)本发明方法对应的正视图；(h)本发明方法对应的侧视图；
图6为一个实施例中图3中两个金属小球的方位像结果图；其中，(a)为使用MIMO距离徙动算法的方位像结果图，(b)本发明方法得到的两个金属小球的方位像结果图；
图7为一个实施例中位于不同距离的角反射器和金属小球示意图；
图8为一个实施例中图7的成像场景图；
图9为一个实施例中图8所示场景的成像结果图；其中，(a)使用MIMO距离徙动算法得到的三维成像结果；(b)MIMO距离徙动算法对应的俯视图；(c)MIMO距离徙动算法对应的正视图；(d)MIMO距离徙动算法对应的侧视图；(e)本发明方法的三维成像结果；(f)本发明方法对应的俯视图；(g)本发明方法对应的正视图；(h)本发明方法对应的侧视图；
图10为一个实施例中图7中角反射器和金属小球的方位像结果图；其中，(a)为使用MIMO距离徙动算法的方位像结果图，(b)本发明方法得到的两角反射器和金属小球的方位像结果图；
图11为一个实施例中基于距离衰减补偿的快速成像装置的结构框图；
图12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。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于距离衰减补偿的快速成像方法，包括以下步骤：
步骤102，根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据幅度衰减因子，构建回波模型。
本发明方法针对的是近场MIMO-SAR(Multiple Input Multiple Output-Synthetic Aperture Radar,毫米波多输入多输出合成孔径雷达)体制下的目标图像重构问题，因此采用的MIMO-SAR成像几何如图2所示。
在该成像几何中建立了笛卡尔直角坐标系O-xyz，坐标原点O位于空间目标的中心位置，x，y，z分别表示坐标的方位向、高度向和距离向。
步骤104，对回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号。
步骤106，根据频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号。
步骤108，将频谱回波信号和相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式。
步骤110，对于每个空间波数，对匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息。
步骤112，对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像。
上述基于距离衰减补偿的快速成像方法中，针对MIMO-SAR体制的回波信号模型，首先考虑了目标回波沿空间路径的传输损耗，保留了回波模型中的幅度衰减因子，接下来对线性相位项中球面波前的MIMO阵列维度采用了一步平面波近似，并根据目标回波方程特性对机械扫描维执行了卷积操作，通过FFT/IFFT和降维累加等步骤对回波进行处理得到不同空间波数对应的目标子图像，最后通过对求解出的所有空间波数对应的子图像相干累加得到最终的目标图像。
在其中一个实施例中，根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子为1/(4πRtRr)；其中：
Figure BDA0002987333240000061
Figure BDA0002987333240000062
Rt为目标点与发射阵元的距离，Rr为目标点与接收阵元的距离，(x,y,z)代表笛卡尔直角坐标系O-xyz的空间区域中的任意目标点，发射阵元和接收阵元的阵线位于z＝z0平面上，MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元的坐标可分别表示为(u,y',z0)和(v,y',z0)；
根据所述幅度衰减因子，构建回波模型为：
Figure BDA0002987333240000071
其中，σ(x,y,z)表示目标点(x,y,z)的电磁波反射率，k＝2πf/c为空间波数，f和c分别表示频率和光速。
本实施例中，采用的是一维MIMO阵列，包含Nt个发射阵元和Nr个接收阵元，该线阵位于z＝z0平面上，沿着高度向扫描形成二维合成孔径照射目标区域。
在其中一个实施例中，对所述回波模型中的u和v维度分别执行傅里叶变换操作得到：
Figure BDA0002987333240000072
上式中ku和kv分别与u和v构成傅里叶变换对，该式可变换为：
Figure BDA0002987333240000073
根据驻定相位原理将上式
Figure BDA0002987333240000074
中的
Figure BDA0002987333240000075
和
Figure BDA0002987333240000076
分解为：
Figure BDA0002987333240000077
Figure BDA0002987333240000078
根据分解后的
Figure BDA0002987333240000079
和
Figure BDA00029873332400000710
得到频谱回波信号为：
Figure BDA00029873332400000711
本实施例中，是在一维MIMO线阵中的发射和接收阵列都是均匀的。将目标回波中的MIMO阵列维度转化为谱域形式。
在其中一个实施例中，根据频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式为：
Figure BDA00029873332400000712
具体的，对于频谱回波信号，可以写为：
Figure BDA0002987333240000081
根据匹配滤波原理，近似目标图像可以表示为：
Figure BDA0002987333240000082
可以看出上式为关于y'的卷积积分表达式，那么上式可以变换成：
Figure BDA0002987333240000083
时域卷积相当于频域相乘，接下来对上式两端的y维度执行FFT操作可得到：
Figure BDA0002987333240000084
上式中ky为高度向空间波数。
在其中一个实施例中，确定方位向空间波数kx表达式为：
kx＝ku+kv
对
Figure BDA0002987333240000085
和
Figure BDA0002987333240000086
中分布在ku-kv维度的数据执行降维累加操作，分别得到
Figure BDA0002987333240000087
和
Figure BDA0002987333240000088
那么可得到：
Figure BDA0002987333240000089
在其中一个实施例中，将频谱回波信号和相位项信号分别累加后相乘，分别得到
Figure BDA00029873332400000810
和
Figure BDA00029873332400000811
将
Figure BDA00029873332400000812
和
Figure BDA00029873332400000813
相乘得到匹配表达式为：
Figure BDA00029873332400000814
在另一个实施例中，对每种空间波数kl，对M(kx,ky,z,kl)的kx和ky维度分别执行傅里叶逆变换操作得到对应于空间波数kl子图像信息
Figure BDA00029873332400000815
在又一实施例中，对所有空间波数kl对应的目标子图像
Figure BDA00029873332400000816
进行相干累加求和得到最终重构出的目标图像σ(x,y,z)。
具体的，根据上式，对于每一个空间波数kl都有：
Figure BDA00029873332400000817
通过对
Figure BDA00029873332400000818
中kx维执行IFFT可得到
Figure BDA00029873332400000819
那么上式可以重新写为
Figure BDA00029873332400000820
对上式两端的ky维执行IFFT可得到对应于空间波数kl目标子图像：
Figure BDA0002987333240000091
最终重构出的目标图像表达式为：
Figure BDA0002987333240000092
上式中表示空间波数数目即频点数。
综上，本发明的有益效果如下：
1.本发明方法是基于主动式毫米波阵列雷达体制的高质量图像重构，与传统的基于X射线的成像手段相比，毫米波不仅对衣物等介质材料具有一定的穿透能力，还可以实现对人体皮肤的无电离辐射，保证了人体的生命健康安全不受损失，并且毫米波还具有对目标的高分辨率成像的优点。
2.本发明是应用MIMO-SAR体制对目标区域成像，相比于扫描单发单收面阵或二维MIMO面阵成像系统，该体制不仅可以大量降低所需收发阵元，减少成本，与此同时还可以降低获取空间目标数据所需时间，采用MIMO-SAR体制来录取目标回波数据可以达到成本和数据采集速度的折中。
3.本发明的方法考虑了信号沿路径的传播衰减，方法实现过程中避免了大量的近似和插值误差，在保证重构效率的前提下降低了信号空间传播损耗对成像质量带来的影响。
4.本发明的方法具有实现简单、稳定性、实时性和普适性好等特点，在得到高质量图像重构结果的前提下不增加系统和算法的复杂度，具有较好的实用性。
以下以一个具体的实施例对本发明的方法进行说明。
为了模拟图2所示的近场MIMO-SAR体制，本发明搭建了相应的实验系统来验证所提方法在实际场景应用的可行性。在该实验系统中，个人电脑通过串口与控制器相连来控制二维扫描架运动，并通过网线与矢量网络分析仪相连控制其产生发射信号并读取目标回波数据。
本发明开展了两组实验来验证所提方法的有效性。第一组实验中成像目标为图3所示的两个相同大小的金属小球，采用的成像场景如图4所示。本组实验采用的一维MIMO线阵包含一个发射阵列和一个接收阵列，线阵总长度为0.3m，发射阵列包含9个均匀排布的发射阵元，接收阵列包含34个均匀排布的接收阵元，这两个均匀线阵的阵元间隔都设置为9mm。实验中设置高度向扫描距离为0.2m，扫描步长为4.5mm。采用的信号频率范围为30GHz到36GHz，矢量网络分析仪发射信号的扫频点数为101。
这里将目前用于MIMO-SAR体制的最快速有效的图像重构算法(MIMO距离徙动算法)与本发明所提方法的图像重构性能进行对比，进而验证所提算法在补偿信号传播衰减以及图像重构质量的有效性。所有的成像算法都是在配置为3.2GHz处理器和16GB内存的计算机上实现的。应用两种算法所需的成像时间分别为3.17s和25.53s。图5所示为MIMO距离徙动算法和本发明所提方法对图4所示场景的图像重构结果，可以看出MIMO距离徙动算法对应的成像结果中远处小球的图像像素值强度与近处小球相比很弱，相比之下所提算法的距离补偿性能要更好。
为了定量分析所提方法的传输损耗补偿效果，采用两种算法对成像场景的方位像进行了对比验证，如图6所示，可以看出MIMO距离徙动算法对较远处小球重构图像的强度衰减达到6.35分贝(dB)，而所提算法仅为3.27dB，因此传输损耗补偿了3.08dB。成像场景中的近处小球可看作是一个理想点目标，取近处小球方位像的3dB宽度作为该处的方位向分辨率，从方位像结果中可以得到MIMO距离徙动算法对应的方位向分辨率为9.8mm，而所提方法仅为9.3mm，因此采用所提方法对目标区域成像可以达到更高的图像重构质量。
为了验证所提算法对不同形状目标传输损耗补偿的有效性，第二组实验中成像目标为图7所示的一个角反射器和一个金属小球，采用的成像场景如图8所示。本组实验中设置高度向机械扫描距离为0.3m，其余参数设置与第一组实验采用的参数一致。
图9所示为MIMO-RMA和本发明所提方法对图6(b)所示场景的图像重构结果，应用两种算法所需的成像时间分别为4.40s和34.46s。同样可以看出MIMO距离徙动算法对应的成像结果中与阵列平面相距较远的小球几乎消失不见，相比之下所提算法的距离补偿性能要更好。
为了定量分析所提方法的传输损耗补偿效果，采用两种算法对成像场景的方位像进行了对比验证，如图10所示，可以看出MIMO-RMA对较远处小球重构图像的强度衰减达到7.77dB，而所提算法仅为4.42dB，因此传输损耗补偿了3.35dB。成像场景中的角反射器可看作是一个理想点目标，取近处角反射器方位像的3dB宽度作为该处的方位向分辨率，从方位像结果中可以得到MIMO距离徙动算法对应的方位向分辨率为9.6mm，而所提方法仅为9.2mm，因此采用所提方法对目标区域成像可以达到更高的图像重构质量。
从上述两组实验的成像结果可以看出，与成像目标为图8所示的位于不同距离的角反射器和金属小球相比，当成像目标为图4所示的位于不同距离的两个金属小球时，前者场景中远处小球的像素值强度要更大，这是因为角反射器对电磁波散射强度大于金属小球，该现象验证了所提算法对于不同形状目标成像结果的准确性。
应该理解的是，虽然图1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1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。
在一个实施例中，如图11所示，提供了一种基于距离衰减补偿的快速成像装置，包括：回波模型构建模块1102、信号获取模块1104和图像重构模块1106，其中：
回波模型构建模块1102，用于根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
信号获取模块1104，用于对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
图像重构模块1106，用于将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像。
关于基于距离衰减补偿的快速成像装置的具体限定可以参见上文中对于基于距离衰减补偿的快速成像方法的限定，在此不再赘述。上述基于距离衰减补偿的快速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12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基于距离衰减补偿的快速成像方法。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12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上述实施例中方法的步骤。
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 (7)

1.一种基于距离衰减补偿的快速成像方法，其特征在于，所述方法包括：
根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；
根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；
对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；
对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像；
所述根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型，包括：
根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子为1/(4πRtRr)；其中：
Figure FDA0003801180480000011
Figure FDA0003801180480000012
Rt为目标点与发射阵元的距离，Rr为目标点与接收阵元的距离，(x,y,z)代表笛卡尔直角坐标系O-xyz的空间区域中的任意目标点，发射阵元和接收阵元的阵线位于z＝z0平面上，MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元的坐标可分别表示为(u,y',z0)和(v,y',z0)；
根据所述幅度衰减因子，构建回波模型为：
Figure FDA0003801180480000013
其中，σ(x,y,z)表示目标点(x,y,z)的电磁波反射率，k＝2πf/c为空间波数，f和c分别表示频率和光速；
对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号，包括：
对所述回波模型中的u和v维度分别执行傅里叶变换操作得到：
Figure FDA0003801180480000021
上式中ku和kv分别与u和v构成傅里叶变换对，该式可变换为：
Figure FDA0003801180480000022
根据驻定相位原理将上式
Figure FDA0003801180480000023
中的
Figure FDA0003801180480000024
和
Figure FDA0003801180480000025
分解为：
Figure FDA0003801180480000026
Figure FDA0003801180480000027
根据分解后的
Figure FDA0003801180480000028
和
Figure FDA0003801180480000029
得到：
Figure FDA00038011804800000210
对
Figure FDA00038011804800000211
中的y'进行傅里叶变换得到谱域回波信号
Figure FDA00038011804800000212
根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号，包括：
根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式为：
Figure FDA00038011804800000213
对所述相位项表示式求逆后对y'进行傅里叶变换，得到相位项信号
Figure FDA00038011804800000214
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式，包括：
将所述频谱回波信号和所述相位项信号在MIMO阵列维分别累加，分别得到
Figure FDA00038011804800000215
和
Figure FDA00038011804800000216
其中，确定方位向空间波数kx表达式为：
kx＝ku+kv
对
Figure FDA00038011804800000217
和
Figure FDA00038011804800000218
中分布在ku-kv维度的数据执行降维累加操作，分别得到
Figure FDA00038011804800000219
和
Figure FDA00038011804800000220
根据
Figure FDA00038011804800000221
和
Figure FDA00038011804800000222
得到匹配表达式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据
Figure FDA00038011804800000223
和
Figure FDA00038011804800000224
得到匹配表达式，包括：
将
Figure FDA0003801180480000031
和
Figure FDA0003801180480000032
相乘得到匹配表达式为：
Figure FDA0003801180480000033
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息，包括：
对每种空间波数kl，对M(kx,ky,z,kl)的kx和ky维度分别执行傅里叶逆变换操作得到对应于空间波数kl子图像信息
Figure FDA0003801180480000034
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像，包括：
对所有空间波数kl对应的目标子图像
Figure FDA0003801180480000035
进行相干累加求和得到最终重构出的目标图像σ(x,y,z)。
6.一种基于距离衰减补偿的快速成像装置，其特征在于，所述装置包括：
回波模型构建模块，用于根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子，根据所述幅度衰减因子，构建回波模型；
信号获取模块，用于对所述回波模型进行三维傅里叶变换，得到频谱回波信号；根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式，对所述相位项表示式求逆后进行傅里叶变换，得到相位项信号；
图像重构模块，用于将所述频谱回波信号和所述相位项信号分别累加后相乘，得到匹配表达式；对于每个空间波数，对所述匹配表达式进行方位维和高度维的傅里叶逆变换，得到每个空间波数的子图像信息；对每个空间波数的子图像信息进行相干累加，得到重构目标图像；
回波模型构建模块还根据MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元分别与目标点的距离，构建幅度衰减因子为1/(4πRtRr)；其中：
Figure FDA0003801180480000036
Figure FDA0003801180480000037
Rt为目标点与发射阵元的距离，Rr为目标点与接收阵元的距离，(x,y,z)代表笛卡尔直角坐标系O-xyz的空间区域中的任意目标点，发射阵元和接收阵元的阵线位于z＝z0平面上，MIMO-SAR体制中发射阵元和接收阵元的坐标可分别表示为(u,y',z0)和(v,y',z0)；
根据所述幅度衰减因子，构建回波模型为：
Figure FDA0003801180480000041
其中，σ(x,y,z)表示目标点(x,y,z)的电磁波反射率，k＝2πf/c为空间波数，f和c分别表示频率和光速；
信号获取模块还用于对所述回波模型中的u和v维度分别执行傅里叶变换操作得到：
Figure FDA0003801180480000042
上式中ku和kv分别与u和v构成傅里叶变换对，该式可变换为：
Figure FDA0003801180480000043
根据驻定相位原理将上式
Figure FDA0003801180480000044
中的
Figure FDA0003801180480000045
和
Figure FDA0003801180480000046
分解为：
Figure FDA0003801180480000047
Figure FDA0003801180480000048
根据分解后的
Figure FDA0003801180480000049
和
Figure FDA00038011804800000410
得到：
Figure FDA00038011804800000411
对
Figure FDA00038011804800000412
中的y'进行傅里叶变换得到谱域回波信号
Figure FDA00038011804800000413
信号获取模块还用于根据所述频谱回波信号，建立包含相位项的相位项表达式为：
Figure FDA00038011804800000414
对所述相位项表示式求逆后对y'进行傅里叶变换，得到相位项信号
Figure FDA00038011804800000415
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5中任一项所述方法的步骤。
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