CN113848546B - 适用于被动成像与主动成像的快速成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及基于声、光、电等媒介的目标探测、成像识别、无线通信技术领域，具体涉及一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法及其在上述各领域中的应用。本发明方法基于透镜成像原理，结合电磁场理论，根据天线阵列接收到的目标信号，通过单元信号的幅度、相位加权，采用高效并行算法，获得目标对应的像场分布。本发明方法具有可同时兼容被动成像和全息成像、成像效果佳、运算量小、硬件成本低、成像速度快、可适用于远距离成像等优点，可广泛应用于光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及声、光、电等为媒介的目标探测、成像识别、无线通信领域。

Description

适用于被动成像与主动成像的快速成像方法
技术领域
本发明涉及光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及基于声、光、电等媒介的目标探测、成像识别、无线通信技术领域，具体涉及一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法及其在上述各领域中的应用。
背景技术
从激光全息成像技术演变而来的数字全息成像技术，成像分辨率高，是目前毫米波主动成像的首选技术之一，并且国内外已有相关产品在不同领域推广应用。
但传统数字全息成像技术仍具有许多缺陷和不足，主要包括：
1)运算量大，成本高、成像速度慢
现有数字全息成像技术成像时需要依次进行快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)两次运算(“FFT-相位补偿-IFFT”运算)，运算量极大，对硬件环境和计算资源的配置要求高，故而造成硬件价格和运行成本均较高，此外，由于需要依次进行FFT和IFFT两次运算，因此成像速度较慢。
2)仅可用于近场成像，无法远距离成像
现有数字全息成像技术中，当目标距离较远时，相位补偿可忽略不计，此时相当于进行“FFT-IFFT”运算，会造成成像失真甚至成像失败。
此外，本发明人曾开发出了相关的快速成像技术，但对被动成像和主动成像需采用不同的方法，相互兼容性较差，从而给实际使用增加了困难，而且，部分方法不适用于近距离成像应用，由于相位补偿方法依赖于物距参数U，当成像距离较近时，该方法因分辨率低而无法获得令人满意的成像效果，因此，开发一种兼容性良好、成像效果出色的成像方法具有重大的应用价值。
发明内容
为了克服传统数字全息主动成像技术存在的上述缺陷和不足，本发明提供了一套解决方案。
如附图1所示，建立成像系统的坐标系，其中：P为目标，Q为目标的像，天线阵列位于z＝0的平面上，X表示收发天线单元。
信号经过单程R1、R2传播时引入的传播相移为：
Figure GDA0003703142750000021
其中对成像聚焦有用的部分为：
Figure GDA0003703142750000022
其中，φ1为散射源P到阵列单元的传播相移，φ2为阵列单元到像点Q的传播相移，
Figure GDA0003703142750000023
为波数，λ为波长，U为物距，即目标到阵列平面的距离，V为像距，即成像平面到阵列平面的距离；(ζ，ξ)为目标坐标，(x，y)为阵列单元坐标，(δ，σ)为像点坐标。
将天线阵列等效为焦距为F的透镜，则透镜单元的有效相移为：
Figure GDA0003703142750000024
其中，φL为阵列单元的透镜相移，F为焦距。
在被动成像时，天线单元不发射探测信号，仅用来接收目标的散射信号，天线收到目标散射信号后，以球面波的形式进行二次散射，则经过不同的传输路径R1、R2和透镜单元相移后到达像平面处的场强为：
Figure GDA0003703142750000031
其中，
Figure GDA0003703142750000032
为像场分布，
Figure GDA0003703142750000033
为目标散射信号。
在全息成像系统中，信号从天线单元发出，到目标反射后被天线单元所接收，信号经历了路程为R1的双程传输，对应的相位延迟为2φ1。在成像处理时，需要对透镜单元相移、R2传播相移都作双程处理：收发天线单元依次发射探测信号，经过目标P反射后的信号到达收发天线单元后，以球面波的形式进行二次散射，则经过不同的传输路径R1、R2和双程相移后到达像平面处的场强为：
Figure GDA0003703142750000034
通过比较上述两种情况下的成像公式，通过引入对象选择性参数η，可统一上述两个公式如下：
Figure GDA0003703142750000035
其中，选择η＝1时，适用于被动成像、半主动成像、常规主动成像、相控阵波束扫描成像、相控阵数字波束合成成像系统，即阵列单元同时接收信号的系统；选择η＝2时，适用于主动全息成像、合成孔径成像、逆合成孔径成像系统，即阵列单元依次发射、接收信号的系统。
对于离散阵列系统，将上式积分符号替换为求和符号：
Figure GDA0003703142750000036
代入φ1、φL、φ2表达式后化简整理得：
Figure GDA0003703142750000037
其中，
Figure GDA0003703142750000038
Figure GDA0003703142750000039
M为x方向的阵列单元数量，N为y方向的阵列单元数量，Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，(x0,y0)为阵列起始单元的坐标。
其中系数项
Figure GDA0003703142750000041
对像场幅度分布无影响，可忽略不计。定义：
Figure GDA0003703142750000042
根据公式的零点分布情况，可求出理想点源目标的中心像斑半径为：
Figure GDA0003703142750000043
像场中心像斑相对天线阵列中心的扩散角为：
Figure GDA0003703142750000044
被动成像时η＝1，主动全息成像时η＝2，由上式可知，主动全息成像的分辨率提高了一倍。
对于实际的离散阵列系统，假设收发天线单元接收到的目标信号为E，成像时则需要对阵列接收到的信号作如下处理：
Figure GDA0003703142750000045
其中，
Figure GDA0003703142750000046
为阵列单元接收到的目标信号，Amn为阵列单元的幅度加权系数。将上式展开并整理后得：
Figure GDA0003703142750000047
其中，
Figure GDA0003703142750000048
当满足成像条件时：
Figure GDA0003703142750000049
此时有ψ1＝0。
Figure GDA00037031427500000410
令xm＝x0+mΔx，yn＝y0+nΔy，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，(x0,y0)为阵列起始单元的坐标。带入上式化简整理得：
Figure GDA0003703142750000051
其中，
Figure GDA0003703142750000052
上式右边的系数满足
Figure GDA0003703142750000053
反应了像场的空间波动特性，对成像基本无影响，可忽略。求和运算可用二维快速傅里叶逆变换进行快速求解，则像场计算公式为：
Figure GDA0003703142750000054
其中，IFFT表示二维快速傅里叶逆变换。IFFT计算结果对应的ωδ、ωσ取值范围为：ωδ∈[0,2π]、ωσ∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωδ、ωσ取值范围变换为：ωδ∈[-π,π]、ωσ∈[-π,π]，此时的像才是符合实际分布的像，并且与源场之间具有良好的线性映射关系。
Figure GDA0003703142750000055
结合阵列天线理论，有ωδ＝ηkΔxsinθδ、ωσ＝ηkΔysinθσ。
由于离散FFT变换的重复周期为2π，若要求不出现图像混叠，则应有
|ω|≤π；
从而有：
Figure GDA0003703142750000056
扫描角θ的有效范围通常为[-π/2,π/2]，保证上式始终成立的条件为：
Figure GDA0003703142750000057
半空域图像无混叠条件为：
Figure GDA0003703142750000058
采用阵列天线理论对像点扫描角坐标进行修正：
Figure GDA0003703142750000061
我们的研究表明，配相公式
Figure GDA0003703142750000062
可以进一步改进，用目标斜距R代替物距参数U可改善大角度情况下的成像性能：
Figure GDA0003703142750000063
在上述认识的基础上，本发明提供了一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法，本方法基于透镜成像原理，结合电磁场理论，根据天线阵列接收到的目标信号，通过单元信号的幅度、相位加权，采用高效并行算法，获得目标对应的像场分布，其具体算法如下：
Figure GDA0003703142750000064
其中：j为虚数单位，e为欧拉常数，
Figure GDA0003703142750000065
为像场分布，
Figure GDA0003703142750000066
为阵列单元接收到的目标信号，Amn为阵列单元幅度加权系数，
Figure GDA0003703142750000067
为聚焦相位加权系数，
Figure GDA0003703142750000068
为扫描相位加权系数，M为x方向的阵列单元数量，N为y方向的阵列单元数量，(xm，yn)为阵列单元的坐标，(δ，σ)为像点的坐标，V为像距，即成像平面到阵列平面的距离，η为对象选择性参数，根据成像系统的特性选择不同的值，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，
Figure GDA0003703142750000069
为波数，λ为波长，符号∑代表求和运算。
进一步地，本方法通过选择不同的参数η值，可适用于不同的成像系统，具体而言：
选择η＝1时，适用于被动成像、半主动成像、常规主动成像、相控阵波束扫描成像、相控阵数字波束合成成像系统；
选择η＝2时，适用于主动全息成像、合成孔径成像、逆合成孔径成像系统。
具体而言，本发明适用于被动成像与主动成像的快速成像方法包括下述步骤：
步骤一：对阵列单元信号进行幅度加权以降低副瓣电平；
步骤二：对阵列单元信号进行扫描相位加权以调整成像系统中心视角方向；
步骤三：对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦；
步骤四：采用高效并行算法，对阵列单元的信号进行快速成像处理；
步骤五：解算像场坐标，对像场进行坐标反演获得真实目标的位置。
进一步地，本发明方法步骤一中所述幅度加权的方法包括但不限于均匀分布、余弦加权、汉明窗、Taylor分布、切比雪夫分布及混合加权方法。
进一步地，本发明方法步骤二中所述扫描相位加权调整成像系统中心视角方向，其扫描相位加权的相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000071
其中：
Figure GDA0003703142750000072
分别为x、y方向的阵列相邻单元之间的相位差，其计算公式分别为：
Figure GDA0003703142750000073
Figure GDA0003703142750000074
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，符号sin表示正弦函数，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标，其计算公式分别为：
Figure GDA0003703142750000075
Figure GDA0003703142750000076
其中：U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，符号tan-1代表反正切函数。
进一步地，本发明方法步骤三中包括：利用聚焦相位加权方法，对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦，其中：
自动对焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000081
其中，R为目标斜距，即目标到阵列中心的距离；
变焦或定焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000082
其中，F为焦距，V为像距，即成像平面到接收阵列所在平面的距离，且F<U、F<V。
进一步地，本发明方法步骤四中包括：采用高效并行算法，对阵列单元的幅度、相位加权后的信号进行快速成像处理；所述高效并行算法包含但不限于二维或三维FFT、IFFT、非均匀FFT、稀疏FFT，其计算公式为：
Figure GDA0003703142750000083
其中：符号
Figure GDA0003703142750000084
表示高效并行算法函数，
Figure GDA0003703142750000085
为阵列单元接收到的目标信号，A为阵列单元幅度加权系数，φF为聚焦相位加权系数，φS为扫描相位加权系数；
像场计算结果对应的ωδ、ωσ取值范围为：ωδ∈[0,2π]、ωρ∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωδ、ωσ取值范围变换为：ωδ∈[-π,π]、ωσ∈[-π,π]，此时的像是符合实际分布的像：
Figure GDA0003703142750000086
进一步地，本发明方法步骤五中包括：对高效并行算法获得的像场进行坐标解算，并对像场进行坐标反演，获得真实目标的分布情况；其中：
对于IFFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure GDA0003703142750000091
Figure GDA0003703142750000092
其中，符号sin-1表示反正弦函数；
对于FFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure GDA0003703142750000093
Figure GDA0003703142750000094
像的直角坐标计算公式为：
δ＝Vtanθδ，
σ＝Vtanθσ；
其中，符号tan表示正切函数；
真实目标的坐标反演计算公式为：
Figure GDA0003703142750000095
Figure GDA0003703142750000096
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标。
进一步地，本发明方法中设置收发天线的单元间距
Figure GDA0003703142750000097
以避免出现成像混叠现象；其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距。
同时，本发明还涉及上述方法在光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及声、光、电目标探测、成像识别、无线通信领域中的应用。
此外，本发明还提供了一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法，所述快速成像方法用于远距离成像，包括：
采用上述快速成像方法中的高效并行算法计算像场，
通过选取物距U＝∞，则有φF＝0，此时适用于远距离成像的简化公式为：
Figure GDA0003703142750000101
通过一次运算获得宽视角范围内的目标分布情况。
综上，本发明适用于被动成像与主动成像的快速成像方法具有以下优点：
1)创立了兼容被动成像和主动成像的统一成像方法
建立了统一方法，通过修改部分参数即可适用于不同的成像体制，为实际应用提供了极大地便利。
2)进一步提升了成像效果
本发明中，在相位补偿方法中用目标斜距R代替物距参数U，相比物距参数U，参数R更容易获取，且成像效果更佳。
3)运算量小，硬件成本低，成像速度快
本发明采用“相位补偿-IFFT”的算法架构，相比传统全息主动成像算法，去掉了对硬件资源要求高、运行速度慢的FFT运算环节，大幅减少了运算量，提高了运算速度。
4)可适用于远距离成像
本发明中，当远距离成像时，相位补偿同样可忽略不计，此时相当于进行IFFT运算，可实现对远距离目标的成像。
另外，本发明方法具有良好的应用前景，可广泛应用于以声、光、电等为媒介的目标探测及无线通信技术领域，当探测媒介为电磁波时，本技术适用于微波成像、雷达探测、无线通信、合成孔径雷达、逆合成孔径雷达；当探测媒介为声波、超声波时，本技术适用于声呐、超声成像、合成孔径声呐；当探测媒介为光时，本技术适用于光学成像、合成孔径光学成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，以下附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明成像方法的成像系统坐标系示意图。
图2为本发明成像方法的算法框图。
图3为利用本发明成像方法进行的被动成像案例1成像结果图。
图4为利用本发明成像方法进行的主动全息成像案例2成像结果图。
图5为利用本发明成像方法进行的被动成像案例3成像结果图。
图6为利用本发明成像方法进行的主动全息成像案例4成像结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
同时，应理解，本发明的保护范围并不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1：一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法(参见附图1-2)，本方法基于透镜成像原理，结合电磁场理论，根据天线阵列接收到的目标信号，通过单元信号的幅度、相位加权，采用高效并行算法，获得目标对应的像场分布，其具体算法如下：
Figure GDA0003703142750000111
其中：j为虚数单位，e为欧拉常数，
Figure GDA0003703142750000121
为像场分布，
Figure GDA0003703142750000122
为阵列单元接收到的目标信号，Amn为阵列单元幅度加权系数，
Figure GDA0003703142750000123
为聚焦相位加权系数，
Figure GDA0003703142750000124
为扫描相位加权系数，M为x方向的阵列单元数量，N为y方向的阵列单元数量，(xm，yn)为阵列单元的坐标，(δ，σ)为像点的坐标，V为像距，即成像平面到阵列平面的距离，η为对象选择性参数，根据成像系统的特性选择不同的值：选择η＝1时，适用于被动成像、半主动成像、常规主动成像、相控阵波束扫描成像、相控阵数字波束合成成像系统；选择η＝2时，适用于主动全息成像、合成孔径成像、逆合成孔径成像系统，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，
Figure GDA0003703142750000125
为波数，λ为波长，符号∑代表求和运算。
具体而言，本发明快速成像方法包括下述步骤：
步骤一：对阵列单元信号进行幅度加权以降低副瓣电平；
其中，所述幅度加权的方法包括均匀分布、余弦加权、汉明窗、Taylor分布、切比雪夫分布及混合加权方法。
步骤二：对阵列单元信号进行扫描相位加权以调整成像系统中心视角方向；
其中，所述扫描相位加权的相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000126
其中：
Figure GDA0003703142750000127
分别为x、y方向的阵列相邻单元之间的相位差，其计算公式分别为：
Figure GDA0003703142750000128
Figure GDA0003703142750000129
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，符号sin表示正弦函数，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标，其计算公式分别为：
Figure GDA0003703142750000131
Figure GDA0003703142750000132
其中：U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，符号tan-1代表反正切函数。
步骤三：对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦；
具体包括：利用聚焦相位加权方法，对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦，其中：
自动对焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000133
其中，R为目标斜距，即目标到阵列中心的距离；
变焦或定焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure GDA0003703142750000134
其中，F为焦距，V为像距，即成像平面到接收阵列所在平面的距离，且F<U、F<V。
步骤四：采用高效并行算法，对阵列单元的信号进行快速成像处理；
具体包括：采用高效并行算法，对阵列单元的幅度、相位加权后的信号进行快速成像处理；所述高效并行算法包含二维或三维FFT、IFFT、非均匀FFT、稀疏FFT，其计算公式为：
Figure GDA0003703142750000135
其中：符号
Figure GDA0003703142750000136
表示高效并行算法函数，
Figure GDA0003703142750000137
为阵列单元接收到的目标信号，A为阵列单元幅度加权系数，φF为聚焦相位加权系数，φS为扫描相位加权系数；
像场计算结果对应的ωδ、ωσ取值范围为：ωδ∈[0,2π]、ωσ∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωδ、ωσ取值范围变换为：ωδ∈[-π,π]、ωσ∈[-π,π]，此时的像是符合实际分布的像：
Figure GDA0003703142750000141
步骤五：解算像场坐标，对像场进行坐标反演获得真实目标的位置；
具体包括：对高效并行算法获得的像场进行坐标解算，并对像场进行坐标反演，获得真实目标的分布情况；其中：
对于IFFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure GDA0003703142750000142
Figure GDA0003703142750000143
其中，符号sin-1表示反正弦函数；
对于FFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure GDA0003703142750000144
Figure GDA0003703142750000145
像的直角坐标计算公式为：
δ＝Vtanθδ，
σ＝Vtanθσ；
其中，符号tan表示正切函数；
真实目标的坐标反演计算公式为：
Figure GDA0003703142750000146
Figure GDA0003703142750000147
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标。
此外，本发明方法中设置收发天线的单元间距
Figure GDA0003703142750000151
以避免出现成像混叠现象；其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距。
实施例2：本发明方法(实施例1方法)用于被动成像的效果验证试验
试验条件：工作频率30GHz，天线单元间距为λ/2，阵列规模32*32，一个目标位于阵列法线方向，另一个目标偏离法线方向30°，目标距离天线阵列所在平面的距离均为1m，成像结果见附图3。
实施例3：本发明方法(实施例1方法)用于主动全息成像的效果验证试验
试验条件：工作频率30GHz，天线单元间距为λ/4，阵列规模66*66，一个目标位于阵列法线方向，另一个目标偏离法线方向30°，目标距离天线阵列所在平面的距离均为1m，成像结果见附图4。
实施例4：本发明方法(实施例1方法)用于被动成像的效果验证试验
试验条件：工作频率30GHz，天线单元间距为λ/2，阵列规模32*32，目标偏离法线方向60°，目标距离天线阵列所在平面的距离为1m，配相时用斜距R代替物距参数U，副瓣电平降低了3.6dB左右，成像结果见附图5。
实施例5：本发明方法(实施例1方法)用于主动全息成像的效果验证试验
试验条件：工作频率30GHz，天线单元间距为λ/4，阵列规模66*66，目标偏离法线方向60°，目标距离天线阵列所在平面的距离为1m，配相时用斜距R代替物距参数U，副瓣电平降低了7dB左右，成像结果见附图6。
实施例6：一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法，该方法用于远距离成像，包括：采用实施例1快速成像方法中的高效并行算法计算像场，
通过选取物距U＝∞，则有φF＝0，此时适用于远距离成像的简化公式为：
Figure GDA0003703142750000161
符号
Figure GDA0003703142750000162
表示高效并行算法函数，通过一次运算获得宽视角范围内的目标分布情况。
本发明中的各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、替换等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法，其特征在于，所述方法基于透镜成像原理，结合电磁场理论，根据天线阵列接收到的目标信号，通过单元信号的幅度、相位加权，采用高效并行算法，获得目标对应的像场分布，其具体算法如下：
Figure FDA0003715448650000011
其中：j为虚数单位，e为欧拉常数，
Figure FDA0003715448650000012
为像场分布，
Figure FDA0003715448650000013
为阵列单元接收到的目标信号，Amn为阵列单元幅度加权系数，
Figure FDA0003715448650000014
为聚焦相位加权系数，
Figure FDA0003715448650000015
为扫描相位加权系数，M为x方向的阵列单元数量，N为y方向的阵列单元数量，(xm，yn)为阵列单元的坐标，(δ，σ)为像点的坐标，V为像距，即成像平面到阵列平面的距离，η为对象选择性参数，根据成像系统的特性选择不同的值，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，
Figure FDA0003715448650000016
为波数，λ为波长，符号∑代表求和运算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过选择不同的参数η值，可适用于不同的成像系统，具体而言：
选择η＝1时，适用于被动成像、半主动成像、常规主动成像、相控阵波束扫描成像、相控阵数字波束合成成像系统；
选择η＝2时，适用于主动全息成像、合成孔径成像、逆合成孔径成像系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤一：对阵列单元信号进行幅度加权以降低副瓣电平；
步骤二：对阵列单元信号进行扫描相位加权以调整成像系统中心视角方向；
步骤三：对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦；
步骤四：采用高效并行算法，对阵列单元的信号进行快速成像处理；
步骤五：解算像场坐标，对像场进行坐标反演获得真实目标的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中所述幅度加权的方法包括均匀分布、余弦加权、汉明窗、Taylor分布、切比雪夫分布及混合加权方法。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述扫描相位加权调整成像系统中心视角方向，其扫描相位加权的相位计算公式为：
Figure FDA0003715448650000021
其中：
Figure FDA0003715448650000022
分别为x、y方向的阵列相邻单元之间的相位差，其计算公式分别为：
Figure FDA0003715448650000023
Figure FDA0003715448650000024
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，符号sin表示正弦函数，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标，其计算公式分别为：
Figure FDA0003715448650000025
Figure FDA0003715448650000026
其中：U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，符号tan-1代表反正切函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中包括：利用聚焦相位加权方法，对阵列单元信号进行聚焦相位加权以实现成像聚焦，其中：
自动对焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure FDA0003715448650000031
其中，R为目标斜距，即目标到阵列中心的距离；
变焦或定焦相位加权的聚焦相位计算公式为：
Figure FDA0003715448650000032
其中，F为焦距，V为像距，即成像平面到接收阵列所在平面的距离，且F<U、F<V。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四中包括：采用高效并行算法，对阵列单元的幅度、相位加权后的信号进行快速成像处理；所述高效并行算法包含二维或三维FFT、IFFT、非均匀FFT、稀疏FFT，其计算公式为：
Figure FDA0003715448650000033
其中：符号
Figure FDA0003715448650000037
表示高效并行算法函数，
Figure FDA0003715448650000034
为阵列单元接收到的目标信号，A为阵列单元幅度加权系数，φF为聚焦相位加权系数，φS为扫描相位加权系数；
像场计算结果对应的ωδ、ωσ取值范围为：ωδ∈[0,2π]、ωσ∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωδ、ωσ取值范围变换为：ωδ∈[-π,π]、ωσ∈[-π,π]，此时的像是符合实际分布的像：
Figure FDA0003715448650000035
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤五中包括：对高效并行算法获得的像场进行坐标解算，并对像场进行坐标反演，获得真实目标的分布情况；其中：
对于IFFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure FDA0003715448650000036
Figure FDA0003715448650000041
其中，符号sin-1表示反正弦函数；
对于FFT类的高效并行算法，像场扫描角坐标计算公式为：
Figure FDA0003715448650000042
Figure FDA0003715448650000043
像的直角坐标计算公式为：
δ＝V tanθδ，
σ＝V tanθσ；
其中，符号tan表示正切函数；
真实目标的坐标反演计算公式为：
Figure FDA0003715448650000044
Figure FDA0003715448650000045
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，U为物距，即目标所在平面到阵列平面的距离，θζ、θξ为中心视角方向指向源坐标(ζ，ξ)时的x、y方向的扫描角坐标。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设置收发天线的单元间距
Figure FDA0003715448650000046
以避免出现成像混叠现象；
其中：Δx、Δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距。
10.权利要求1-9任一项所述的方法在光学成像、微波成像、雷达探测、声呐、超声成像以及声、光、电目标探测、成像识别、无线通信领域中的应用。
11.一种适用于被动成像与主动成像的快速成像方法，其特征在于，所述快速成像方法用于远距离成像，包括：
采用如权利要求7所述的快速成像方法中的高效并行算法计算像场，
通过选取U＝∞，U为物距，则有φF＝0，此时适用于远距离成像的简化公式为：
Figure FDA0003715448650000051
通过一次运算获得宽视角范围内的目标分布情况。
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