CN113655478B - 一种成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成像方法及装置，方法包括：在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于等于1的自然数，且M大于等于K；对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号；利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。通过上述技术方案，消除了距离模糊信号对预设区域成像产生的影响，提高了距离模糊抑制性能，从而提高了成像效果。

Description

一种成像方法及装置
技术领域
本申请涉及星载SAR成像技术领域，尤其涉及一种成像方法及装置。
背景技术
星载SAR系统的成像的重要指标一般为分辨率和测绘带宽，一方面，高分辨率能够更为精确的反映目标特征信息，便于目标识别和特征提取。另一方面，宽测绘带可提供更为广阔的场景信息，以获取全局判读能力，这有利于对土地、森林、海洋等大面积区域的观测，而在传统的星载SAR系统中，在提升测绘带宽时，为避免主瓣距离模糊，要求SAR系统具有低的距离脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)，在提高方位分辨率时，通常采用方位孔径较小的天线发射和接收，从而获得大的多普勒带宽，此时为了避免主瓣方位模糊，要求SAR系统具有高的PRF。由于对系统PRF参数设计的不同要求，分辨率和测绘带宽成为一对固有矛盾，无法同时提高。因此，为了实现星载SAR的高分宽幅(High ResolutionWide Swath，HRWS)成像，星载SAR距离模糊抑制是亟待解决的难题。
目前，对星载SAR距离模糊抑制一般采用交替发射正负线性调频信号(Up andDown Chirp)、方位相位编码(Azimuth Phase Coding,APC)，以及距离向数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)方法，但是，无法从根本上消除距离模糊信号对成像产生的影响，造成成像难度较大，清晰度较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种成像方法及装置，从多个混合回波信号中，分离出预设成像区域对应的多个成像信号，并从多个成像信号生成的图像中确定预设成像区域对应的区域图像，消除了距离模糊信号对预设区域成像产生的影响，提高了距离模糊抑制性能，从而提高了成像效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种成像方法，所述方法包括：
在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于1的自然数，且M大于等于K；
对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号；
利用所述K个成像信号中每个成像信号生成所述预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；
从所述K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为所述预设成像区域对应的区域图像。
在上述方法中，所述对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号，包括：
利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵；
获取所述K个源信号的延时协方差矩阵，并利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；
对所述最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；
利用所述共轭转置后的酉矩阵和所述白化矩阵，确定所述分离矩阵；
利用所述分离矩阵，从所述M个混合回波信号中分离出所述K个成像信号。
在上述方法中，所述利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵，包括：
对所述M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；
对所述M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为所述白化矩阵。
在上述方法中，所述利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵，包括：
利用所述延时协方差矩阵，确定所述源信号白化后的白化延时协方差矩阵；所述白化延时协方差矩阵中包括待确定延时值；
将多个预设延时值中，每个预设延时值分别作为所述白化延时协方差矩阵中的所述待确定延时值，确定出对应的一个白化延时协方差矩阵，得到多个白化延时协方差矩阵；
对所述多个白化延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，确定所述最优酉矩阵。
在上述方法中，所述对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号之后，还包括：
确定所述K个源信号和所述K个成像信号的相似系数；
利用所述相似系数组成相似系数矩阵；
利用所述相似系数，确定距离模糊抑制系数；
在所述相似系数矩阵和所述距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准。
本发明提供了一种成像装置，包括：
获取单元，用于在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于1的自然数，且M大于等于K；
分离单元，用于对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号；
生成单元，用于利用所述K个成像信号中每个成像信号生成所述预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；
选取单元，用于从所述K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为所述预设成像区域对应的区域图像。
在上述装置中，所述分离单元，具体用于利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵；获取所述K个源信号的延时协方差矩阵，并利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；对所述最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；利用所述共轭转置后的酉矩阵和所述白化矩阵，确定所述分离矩阵；利用所述分离矩阵，从所述M个混合回波信号中分离出所述K个成像信号。
在上述装置中，所述分离单元，具体用于对所述M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；对所述M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为所述白化矩阵。
在上述装置中，所述分离单元，具体用于利用所述延时协方差矩阵，确定所述源信号白化后的白化延时协方差矩阵；所述白化延时协方差矩阵中包括待确定延时值；将多个预设延时值中，每个预设延时值分别作为所述白化延时协方差矩阵中的所述待确定延时值，确定出对应的一个白化延时协方差矩阵，得到多个白化延时协方差矩阵；对所述多个白化延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，确定所述最优酉矩阵。
在上述装置中，还包括确定单元，用于确定所述K个源信号和所述K个成像信号的相似系数；利用所述相似系数组成相似系数矩阵；利用所述相似系数，确定距离模糊抑制系数；在所述相似系数矩阵和所述距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准。
本发明提供了一种成像装置，包括：处理器、存储器和通信总线；
所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的通信连接；
所述处理器，用于执行所述存储器中存储的成像程序，以实现上述成像方法。
本发明提供了一种成像方法及装置，方法包括：在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于等于1的自然数，且M大于等于K；对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号；利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。本发明提供的技术方案，消除了距离模糊信号对预设区域成像产生的影响，提高了距离模糊抑制性能，从而提高了成像效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种成像方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种示例性的星载SAR接收回波信号的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种示例性的对混合回波信号进行分离的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种示例性的第一源信号的成像结果；
图5为本发明实施例提供的一种示例性的第二源信号的成像结果；
图6为本发明实施例提供的一种示例性的第三源信号的成像结果；
图7为本发明实施例提供的一种示例性的第四源信号的成像结果；
图8为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第一混合回波信号的成像结果；
图9为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第二混合回波信号的成像结果；
图10为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第三混合回波信号的成像结果；
图11为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第四混合回波信号的成像结果；
图12为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第一分离成像信号的成像结果；
图13为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第二分离成像信号的成像结果；
图14为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第三分离成像信号的成像结果；
图15为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下第四分离成像信号的成像结果；
图16为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第一混合回波信号的成像结果；
图17为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第二混合回波信号的成像结果；
图18为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第三混合回波信号的成像结果；
图19为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第四混合回波信号的成像结果；
图20为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第一分离成像信号的成像结果；
图21为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第二分离成像信号的成像结果；
图22为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第三分离成像信号的成像结果；
图23为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第四分离成像信号的成像结果；
图24为本发明实施例提供的一种示例性的在不同信噪比下盲源分离的效果图；
图25为本发明实施例提供的一种示例性的第五源信号的成像结果；
图26为本发明实施例提供的一种示例性的与不同入射角回波混合分离出的第一成像信号的成像结果；
图27为本发明实施例提供的一种示例性的与不同入射角回波混合分离出的第五成像信号的成像结果；
图28为本发明实施例提供的一种成像装置的结构示意图一；
图29为本发明实施例提供的一种成像装置的结构示意图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。
本发明提供了一种成像方法，应用于成像装置，图1为本发明实施例提供的一种成像方法的流程示意图。如图1所示，主要包括以下步骤：
S101、在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号，其中，K和M均为大于等于1的自然数，且M大于等于K。
在本发明的实施例中，成像装置在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置可以为星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)。
需要说明的是，在本发明的实施例中，由于成像装置与预设成像区域之间的斜距达到数百公里以上，雷达脉冲作用距离较远，以及接收单元到预设成像区域的双程传输距离数倍于脉冲重复周期(Pulse Repetition Time,PRT)，因此，当接收单元接收预设成像区域的回波信号的同时，与预设成像区域的回波信号相差数整个PRT的其他区域的回波信号也会通过天线旁瓣到达接收单元，使得各接收单元接收到的信号不仅包括预设成像区域返回的回波信号，还包括预设成像区域以外的其他区域返回的回波信号，即接收单元接收的信号为多个区域返回的混合回波信号，其中，对预设成像区域返回的回波信号造成干扰的其他区域返回的回波信号称为距离模糊信号。
图2为本发明实施例提供的一种示例性的星载SAR接收回波信号的流程示意图。如图2所示，中间区域为预设成像区域，左边为近端一模糊区域，右边为远端一模糊区域，当然，实际情况下，还有近端二模糊区域，以及远端二模糊区域，······，以此类推；若星载SAR到预设成像区域的斜距设为R，脉冲重复频率为PRT，那么，第m个距离模糊区的斜距Rm为：
其中，c为光速，m在表示近端模糊区域的情况下为负数，在表示远端模糊区域的情况下为正数，比如，近端一模糊区域的m为-1，远端一模糊区域的m为1，······，以此类推；由于星载SAR到不同区域所需时间不同，即在接收单元接收预设成像区域的回波信号的同一时刻，也会接收到其他模糊区域在其他时刻发送的源信号返回的回波信号，如果需要对预设成像区域进行成像的情况下，需要先将其他区域接收到的距离模糊信号与预设成像区域的回波信号进行分离，从而消除距离模糊信号对预设区域成像产生的影响。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置获取的M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号为xi(t)，相应的，利用M个混合回波信号组成的矩阵可以表示为：而每个混合回波信号又涉及到同一时刻接收到的从不同区域返回的K个源信号，每个源信号可以表示为：si(t)，那么，利用K个源信号组成的矩阵可以表示为：/>混合回波信号可以被描述为：
其中，为M×K维的未知混合矩阵。
S102、对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号。
在本发明的实施例中，成像装置对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置利用盲源分离(Second OrderBlind Identification，SOBI)算法对M个混合回波信号进行盲源分离处理，分离出K个成像信号。
具体的，在本发明的实施例中，成像装置对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号，包括：利用M个混合回波信号，确定白化矩阵；获取K个源信号的延时协方差矩阵，并利用延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；对最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；利用共轭转置后的酉矩阵和白化矩阵，确定分离矩阵；利用分离矩阵，从M个混合回波信号中分离出K个成像信号。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置对M个混合回波信号进行盲源分离处理的目的就是求解出分离矩阵，进而利用分离矩阵从M个混合回波信号中分离出K个成像信号。
具体的，在本发明的实施例中，成像装置利用M个混合回波信号，确定白化矩阵，包括：对M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；对M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为白化矩阵。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置在对M个混合回波信号进行白化处理之前，需要对M个混合回波信号进行去均值处理，成像装置对M个混合回波信号进行去均值处理是对M个混合回波信号组成的矩阵中的每行减去对应行向量的均值，得到M个零均值混合回波信号。
需要说明的是，在本发明的实施例中，对M个零均值混合回波信号进行白化处理，使得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为白化矩阵。
具体的，对M个零均值混合回波信号进行白化处理，如(3)所示：
其中，为白化后的混合回波矩阵，/>为M个零均值混合回波信号组成的矩阵，为用于对M个零均值混合回波矩阵进行白化处理的矩阵，即白化矩阵。
使得白化后的混合回波信号的相关系数矩阵Rz满足Rz＝E[z(t)z(t)H]＝I，如果/>为对角矩阵，其对角元素为M个零均值混合回波信号/>的相关系数矩阵Rx的特征值，为正交矩阵，其列矢量为与各特征值对应的标准正交的特征矢量，那么，/>的相关系数矩阵Rz可做如式(4)所示的分解：
进而，利用式(4)可以求解出白化矩阵，白化矩阵可以表示为：
具体的，在本发明的实施例中，成像装置利用延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵，包括：利用延时协方差矩阵，确定源信号白化后的白化延时协方差矩阵；白化延时协方差矩阵中包括待确定延时值；将多个预设延时值中，每个预设延时值分别作为白化延时协方差矩阵中的待确定延时值，确定出对应的一个延时协方差矩阵，得到多个白化延时协方差矩阵；对多个白化延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，确定最优酉矩阵。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置获取的源信号的延时协方差矩阵RS(τ)可以表示为式(6)：
RS(τ)＝E[S(t+τ)SH(t)] (6)
根据源信号的延时协方差矩阵，源信号进行白化处理后的延时协方差矩阵可以被表示为式(7)：
RZ(τ)＝E[Z(t+τ)ZH(t)] (7)
根据式(2)和式(3)，可以得到源信号与白化后的源信号/>之间的关系，如式(8)所示：
其中，为待求解酉矩阵。
根据式(8)，白化延时协方差矩阵RZ(τ)可以表示为式(9)：
预设一组不同的延时值，将每个预设延时值分别代入白化延时协方差矩阵中，其中，i＝1,2,...,p，为待求解酉矩阵，由于源信号是不相关的，且白化后的源信号/>中的各项量相互正交归一化，因此，待求解酉矩阵/>是归一化正交的。因此，对多个白化后的延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，来确定最优酉矩阵/>
其中，联合对角化的程度可以用式(10)来衡量：
其中，函数off定义为：off(M)的值越小，说明联合对角化的程度越好。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置在确定最优酉矩阵之后，分离矩阵可以表示为：
其中，为最优酉矩阵/>的共轭转置，/>为白化矩阵。
图3为本发明实施例提供的一种示例性的对混合回波信号进行分离的流程示意图。如图3所示，成像装置将M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号作为SOBI算法的输入，经过去均值，白化处理，求解最优酉矩阵，联合对角化，对混合回波信号进行分离，得到K个成像信号。
具体的，在本发明的实施例中，成像装置对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号之后，还包括：确定K个源信号和K个成像信号的相似系数；利用相似系数组成相似系数矩阵；利用相似系数，确定距离模糊抑制系数；在相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置为了确定距离模糊信号对预设成像区域产生的影响，通过量化距离模糊抑制的性能，给出评价距离模糊抑制性能的指标，即先确定K个源信号和K个成像信号的相似系数，如式(12)所示：
其中，sj(t)为源信号，yi(t)为成像信号，Θij为源信号sj(t)和成像信号yi(t)的相关系数。
然后，利用相似系数组成相似系数矩阵，具体组成公式如式(13)所示：
最后，利用相似系数，确定距离模糊抑制系数，具体计算距离模糊抑制系数的公式如式(14)所示：
ρ＝(maxΘ1j+maxΘ2j+maxΘ3j+,,,+maxΘij)/i (14)
从式(14)可以看出，从相似系数矩阵的每一行中选取最大的相似系数值，然后对选取的i个最大的相似系数求平均，并将平均后的值确定为距离模糊抑制系数。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置在确定相似系数矩阵和距离模糊抑制系数来判断距离模糊抑制性能，进而根据距离模糊抑制性能确定利用SOBI算法对混合回波信号进行盲源分离的效果。
需要说明的是，在本发明的实施例中，在成像装置中的相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，即说明距离模糊抑制性能较好，达到盲源分离的标准，其中，预设条件为相似系数矩阵的每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值，其他元素均小于第二预设阈值，且距离模糊抑制系数大于第三预设阈值，其中，第一预设阈值、第二预设阈值，以及第三预设阈值可以根据实际需求或者应用场景进行预设，比如，第一预设阈值可以设置为0.8，第二预设阈值可以设置为0.1，第三预设阈值可以设置为0.7，对此本发明不作限定。
需要说明的是，在本发明的实施例中，预设标准为衡量利用盲源分离算法进行回波信号分离效果的标准，如果相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件的情况，则说明盲源分离效果达到预设标准。
S103、利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像。
在本发明的实施例中，成像装置利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置在利用分离矩阵分离出K个成像信号之后，利用经典的Chirp Scaling(CSA)算法对K个成像信号中的每个成像信号均生成预设成像区域对应的图像，得到K个图像。
S104、从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。
在本发明的实施例中，成像装置从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像可以是研究人员根据K个图像的清晰度直观的判断K个图像中哪个是预设成像区对应的区域图像，也可以是成像装置对生成的K个图像进行清晰度分析，从而将最高清晰度值对应的图像确定为区域图像，具体的确定方式可以根据实际需求和应用场景进行设定，本发明对此不做限定。
具体的，本发明实施例提供了分布式目标仿真实验，分析具体的盲源分离算法对回波信号进行分离的距离模糊抑制性能：
本发明选取了不同的特定场景数据，根据表1中的参数进行了分布式目标模拟实验。
表1、分布式目标雷达仿真参数
参数 数值 单位
景中心斜距 988.65 Km
发射脉冲时宽 41.75 us
距离脉冲调频率 0.72 MHz/us
信号带宽 30 MHz
等效雷达速度 7062 m/s
距离向采样率 32.32 MHz
雷达工作频率 5.30 GHz
雷达工作波长 0.057 m
方位调频率 1733 Hz
方位向采样率 1257 Hz
在多通道之间的混合矩阵数值差异较大的情况下，成像装置对混合回波信号利用SOBI算法进行分离的效果如下：
需要说明的是，在本发明的实施例中，成像装置在实际成像情况下，无法直接获取源信号，因此，在仿真的过程中，通过预设不同场景的源信号的方式，求证本发明的分离处理的效果。
图4为本发明实施例提供的一种示例性的第一源信号成像结果。第一源信号为预设的某一特定轮渡码头用于成像的源信号。图5为本发明实施例提供的一种示例性的第二源信号成像结果。第二源信号为预设的某一特定机场用于成像的源信号。图6为本发明实施例提供的一种示例性的第三源信号的成像结果。第三源信号为预设的某一特定海面用于成像的源信号。图7为本发明实施例提供一种示例性的第四源信号的成像结果。第四源信号为预设的某一特定山区用于成像的源信号。从图4、图5、图6和图7可以看出，利用预设场景的源信号进行成像的图像清晰度较高，其中，每个预设场景的源信号均包括相互独立的K个源信号。
图8、图9、图10和图11分别是本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下，第一混合回波信号、第二混合回波信号、第三混合回波信号，以及第四混合回波信号的成像结果，是利用数值差异较大的预设混合矩阵对图4、图5、图6和图7的预设场景的源信号进行混合之后的混合回波信号进行成像，从图8、图9、图10和图11可以看出图像清晰度较低，出现多个图像重叠的情况，即说明成像装置直接利用接收单元接收的混合回波信号进行成像，成像效果较差，其中，预设混合矩阵中的元素数值相差较大，如式(15)所示：
然后，对混合回波信号进行盲源分离处理，并利用分离后得到的成像信号进行成像，图12、图13、图14和图15分别为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较大情况下，第一分离成像信号、第二分离成像信号、第三分离成像信号，以及第四分离成像信号的成像结果。将图12、图13、图14和图15与图8、图9、图10和图11对应对比，可以看出图12、图13、图14和图15比图8、图9、图10和图11更加清晰，图12、图13、图14和图15与图4、图5、图6和图7相比，图像清晰度差异不大。
进一步的，利用源信号和成像信号根据式(13)，确定相似系数矩阵为：
从式(16)可以看出，该相似系数矩阵每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值0.8，其他元素均小于第二预设阈值0.1，且利用式(14)求出的距离模糊抑制系数为0.8560，大于第三预设阈值0.8，即说明相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件，在多通道之间的混合矩阵数值差异较大的情况下，盲源分离效果达到预设标准，距离模糊抑制性能较好。
在多通道之间的混合矩阵数值差异较小的情况下，成像装置对回波信号进行分离的效果如下：
图16、图17、图18和图19分别为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第一混合回波信号、第二混合回波信号、第三混合回波信号以及第四混合回波信号的成像结果，是利用数值差异较小的预设混合矩阵(如式(17)所示)对预设场景的源信号进行混合之后的信号进行成像，从图16、图17、图18和图19可以看出图像清晰度较低，出现了多个图像重叠的情况，其中，预设混合矩阵中的元素数值相差较小，如式(17)所示：
然后，对混合回波信号进行盲源分离处理，得到分离之后的成像信号进行成像，图20、图21、图22和图23分别为本发明实施例提供的一种示例性的在混合矩阵数值差异较小情况下第一分离成像信号、第二分离成像信号、第三分离成像信号，以及第四分离成像信号的成像结果。将图20、图21、图22和图23与图16、图17、图18和图19对应比较，可以看出图20、图21、图22和图23比图16、图17、图18和图19更加清晰，图20、图21、图22和图23与图4、图5、图6和图7相比，图像清晰度差异不大。
进一步的，利用源信号和成像信号根据式(13)，确定相似系数矩阵为：
从式(18)可以看出，该相似系数矩阵每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值0.8，其他元素小于第二预设阈值0.1，且利用式(14)求出的距离模糊抑制系数为0.8560，大于第三预设阈值0.8，即说明相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件，在多通道之间的混合矩阵数值差异较小的情况下，盲源分离效果达到预设标准，距离模糊抑制性能较好。
在实施例一中距离模糊抑制系数为0.8560，实施例二中距离模糊抑制系数为0.8565，两个实施例确定的距离模糊抑制系数相差0.0005，说明混合矩阵中数值差异的大小对距离模糊抑制系数的影响较小。
在不同的信噪比条件下，SOBI算法分离的效果如下：
图24为本发明实施例提供的一种示例性的盲源分离的效果图。如图24所示，在低信噪比的情况下的距离模糊抑制性能为0.7左右，说明在低信噪比的情况下仍有较好的距离模糊抑制性能。
在不同入射角θi的条件下，SOBI算法分离的效果如下：
图4和图25分别为本发明实施例提供的两个预设源信号的成像结果，其入射角θi分别为36度和34度，两个通道经过混合矩阵混合，混合矩阵为：
图26和图27分别为本发明实施例提供的一种示例性的与不同入射角回波混合分离出的第一成像信号和第五成像信号的成像结果，图26和图27与图4和图25相比，更加清晰。
进一步的，利用源信号和成像信号根据式(13)，确定相似系数矩阵为：
从式(20)可以看出，该相似系数矩阵每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值0.8，其他元素小于第二预设阈值0.1，且利用式(14)求出的距离模糊抑制系数为0.8560，大于第三预设阈值0.8，即说明相似系数矩阵和距离模糊抑制系数满足预设条件，在不同入射角的情况下，距离模糊抑制性能较好。
本发明提供了一种成像方法，方法包括：在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于等于1的自然数，且M大于等于K；对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号；利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。本发明提供的技术方案，消除了距离模糊信号对预设区域成像产生的影响，提高了距离模糊抑制性能，从而提高了成像效果。
本发明提供了一种成像装置，图28为本发明实施例提供的一种成像装置的结构示意图一。如图28所示，包括：
获取单元2801，用于在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于1的自然数，且M大于等于K；
分离单元2802，用于对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号；
生成单元2803，用于利用所述K个成像信号中每个成像信号生成所述预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；
选取单元2804，用于从所述K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为所述预设成像区域对应的区域图像。
可选的，所述分离单元2802，具体用于利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵；获取所述K个源信号的延时协方差矩阵，并利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；对所述最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；利用所述共轭转置后的酉矩阵和所述白化矩阵，确定所述分离矩阵；利用所述分离矩阵，从所述M个混合回波信号中分离出所述K个成像信号。
可选的，所述分离单元2802，具体用于对所述M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；对所述M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为所述白化矩阵。
可选的，所述分离单元2802，具体用于利用所述延时协方差矩阵，确定所述源信号白化后的白化延时协方差矩阵；所述白化延时协方差矩阵中包括待确定延时值；将多个预设延时值中，每个预设延时值分别作为所述白化延时协方差矩阵中的所述待确定延时值，确定出对应的一个白化延时协方差矩阵，得到多个白化延时协方差矩阵；对所述多个白化延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，确定所述最优酉矩阵。
可选的，所述成像装置还包括：确定单元(图中未示出)，用于确定所述K个源信号和所述K个成像信号的相似系数；利用所述相似系数组成相似系数矩阵；利用所述相似系数，确定距离模糊抑制系数；在所述相似系数矩阵和所述距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准。
本发明提供了一种成像装置，图29为本发明实施例提供的一种成像装置的结构示意图二。如图29所示，成像装置包括：处理器2901、存储器2902和通信总线2903；
所述通信总线2903，用于实现所述处理器2901和所述存储器2902之间的通信连接；
所述处理器2901，用于执行所述存储器2902中存储的成像程序，以实现上述成像方法。
本发明提供了一种成像装置，在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于等于1的自然数，且M大于等于K；对M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到预设成像区域对应的K个成像信号；利用K个成像信号中每个成像信号生成预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；从K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为预设成像区域对应的区域图像。本发明提供的技术方案，消除了距离模糊信号对预设区域成像产生的影响，提高了距离模糊抑制性能，从而提高了成像效果。
计算机可读存储介质可以是是易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)；或者非易失性存储器(non-volatile memory)，例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(Hard DiskDrive，HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各自设备，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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实用申请揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种成像方法，其特征在于，所述方法包括：
在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于1的自然数，且M大于等于K；
对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号；
确定所述K个源信号和所述K个成像信号的相似系数；
利用所述相似系数组成相似系数矩阵；
从所述相似系数矩阵的每一行中选取最大的相似系数值，对所选取的所有的最大的相似系数值求平均，并将平均后的值确定为距离模糊抑制系数；
在所述相似系数矩阵和所述距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准；所述预设条件为所述相似系数矩阵的每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值，其他元素均小于第二预设阈值，且所述距离模糊抑制系数大于第三预设阈值；
在所述盲源分离效果达到预设标准的情况下，利用所述K个成像信号中每个成像信号生成所述预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；
从所述K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为所述预设成像区域对应的区域图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号，包括：
利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵；
获取K个源信号的延时协方差矩阵，并利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；
对所述最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；
利用所述共轭转置后的酉矩阵和所述白化矩阵，确定所述分离矩阵；
利用所述分离矩阵，从所述M个混合回波信号中分离出所述K个成像信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵，包括：
对所述M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；
对所述M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为所述白化矩阵。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵，包括：
利用所述延时协方差矩阵，确定所述源信号白化后的白化延时协方差矩阵；所述白化延时协方差矩阵中包括待确定延时值；
将多个预设延时值中，每个预设延时值分别作为所述白化延时协方差矩阵中的所述待确定延时值，确定出对应的一个白化延时协方差矩阵，得到多个白化延时协方差矩阵；
对所述多个白化延时协方差矩阵进行联合对角化逼近，确定所述最优酉矩阵。
5.一种成像装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于在依次向预设成像区域发出相互独立的K个源信号的情况下，获取同一时刻下M个接收单元中每个接收单元接收到的混合回波信号，得到M个混合回波信号；其中，K和M均为大于1的自然数，且M大于等于K；
分离单元，用于对所述M个混合回波信号进行盲源分离处理，得到所述预设成像区域对应的K个成像信号；
确定单元，用于确定所述K个源信号和所述K个成像信号的相似系数；利用所述相似系数组成相似系数矩阵；从所述相似系数矩阵的每一行中选取最大的相似系数值，对所选取的所有的最大的相似系数值求平均，并将平均后的值确定为距离模糊抑制系数；在所述相似系数矩阵和所述距离模糊抑制系数满足预设条件的情况下，确定盲源分离效果达到预设标准；所述预设条件为所述相似系数矩阵的每行每列均有且只有一个元素大于第一预设阈值，其他元素均小于第二预设阈值，且所述距离模糊抑制系数大于第三预设阈值；
生成单元，用于在所述盲源分离效果达到预设标准的情况下，利用所述K个成像信号中每个成像信号生成所述预设成像区域对应的一个图像，得到K个图像；
选取单元，用于从所述K个图像中选取出满足预设成像效果的图像，确定为所述预设成像区域对应的区域图像。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述分离单元，具体用于利用所述M个混合回波信号，确定白化矩阵；获取所述K个源信号的延时协方差矩阵，并利用所述延时协方差矩阵，确定最优酉矩阵；对所述最优酉矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的酉矩阵；利用所述共轭转置后的酉矩阵和所述白化矩阵，确定所述分离矩阵；利用所述分离矩阵，从所述M个混合回波信号中分离出所述K个成像信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述分离单元，具体用于对所述M个混合回波信号中每个混合回波信号分别进行去均值处理，得到M个零均值混合回波信号；对所述M个零均值混合回波信号进行白化处理，直至得到白化后的混合回波信号对应的相关系数矩阵为单位矩阵，并将用于实现白化处理的矩阵确定为所述白化矩阵。
8.一种成像装置，其特征在于，包括：处理器、存储器和通信总线；
所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的通信连接；
所述处理器，用于执行所述存储器中存储的成像程序，以实现权利要求1-4任一项所述的成像方法。
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