CN117388810A - 一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质 - Google Patents

一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质 Download PDF

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CN117388810A CN202311406971.1A CN202311406971A CN117388810A CN 117388810 A CN117388810 A CN 117388810A CN 202311406971 A CN202311406971 A CN 202311406971A CN 117388810 A CN117388810 A CN 117388810A
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刘文冬
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Abstract

本申请提供了一种一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质，方法包括：通过发射阵元发射射频信号，并通过接收阵元接收背景回波数据和平板校准体回波数据，进而根据背景回波数据和平板校准体回波数据得到背景对消信号，并采用逆傅里叶变换，剔除平板二次回波反射信号，限制了杂波干扰，并进一步计算出幅度校正因子，以及根据发射阵元和接收阵元生成等效相位中心的等效收发阵元，通过等效收发阵元计算出目标需校正位置对应的相位校正因子，进而实现对多发多收天线阵列幅度和相位的校正处理，以完成整个毫米波系统的校正，有效提高后续成像图像的质量。

Description

一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质
技术领域
本申请涉及毫米波设备技术领域，尤其涉及一种一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质。
背景技术
当前，主动式毫米波人体安检仪和工业无损检测设备因其出色的安全检测能力，在机场、海关、公安检查站及工业无损检测领域得到了广泛应用。
然而，上述场景中的毫米波系统一般由捷变频源、功分器、多发多收天线阵列、微波线缆等多种微波器件组成，因此，毫米波系统在经过长时间的运行后，会使得多发多收天线阵列产生幅度和相位上的一致性漂移，这就导致了毫米波系统校正的偏差，这些偏差在相应的前端设备显示上会使得图像特性趋于散焦，进而严重影响了毫米波系统进行智能识别检测的效果，容易引发系统设备出现漏检、误检等问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请实施例提供了一种一维毫米波稀疏线阵校正方法、电子设备和介质，旨在解决现有技术中毫米波系统在长期运行后，多发多收的天线阵列的幅度和相位发生漂移，影响检测效果的技术问题，可以将多发多收阵列中的阵元位置等效为均匀一维线阵，以确定相应的校正因子，进而实现天线阵列幅度和相位校正，有效提高后续成像图像的质量。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种一维毫米波稀疏线阵校正方法，应用于一维毫米波稀疏线阵校正系统中的数据处理单元，所述系统还包括天线阵列和平板校准体，所述天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元，所述方法包括：确定待校正频段，以使所述发射阵元根据所述待校正频段发射射频信号；通过所述接收阵元接收背景回波数据和平板校准体回波数据；根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号；根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号；根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号；根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；根据所述发射阵元和所述接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取所述发射阵元和所述接收阵元与所述平板校准体之间的第一距离数据，以及获取所述发射阵元、所述接收阵元和所述等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，其中，所述回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；根据所述频域回波信号进行回波相位计算，得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子；根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
在一些实施例中，所述根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号，包括：获取所述天线阵列中各收发通道的频率维度均值；对所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据减去所述频率维度均值，以去除所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据中的直流分量；计算所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据之间的差值信号，并将所述差值信号确定为背景对消信号。
在一些实施例中，所述根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，包括：所述背景对消信号进行频率维傅里叶逆变换处理，得到时域脉压信号。
在一些实施例中，所述根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号，包括：确定并剔除所述时域脉压信号中的平板校准体二次回波反射信号。
在一些实施例中，所述根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号，包括：所述处理后的时域脉压信号进行傅里叶变换处理，得到频域回波信号。
在一些实施例中，所述根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子，包括：根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到所述天线阵列中各收发通道的频率维度功率；根据各收发通道的所述频率维度功率进行求和计算，得到功率和，并将所述功率和的倒数确定为幅度校正因子。
在一些实施例中，所述根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，包括：从所述频域回波信号中获取所述校准体实际回波相位；根据所述第一距离数据确定所述校准体双站回波相位；根据所述第二距离数据中，所述等效收发阵元与所述目标需校正位置之间的距离确定所述目标单站回波相位；根据所述第二距离数据中，所述发射阵元和所述接收阵元与所述目标需校正位置之间的距离确定所述目标双站回波相位；根据所述校准体双站回波相位和所述目标单站回波相位进行乘积计算，得到相位乘积；根据所述校准体实际回波相位和所述目标双站回波相位对所述相位乘积进行共轭计算，得到相位校正因子。
在一些实施例中，所述根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理，包括：将所述天线阵列中各收发通道的频率信号的幅度与所述幅度校正因子相乘，以完成幅度校正；将所述天线阵列中各收发通道的频率信号的相位与所述相位校正因子相加，以完成相位校正。
为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种一维毫米波稀疏线阵校正系统，包括天线阵列、平板校准体和数据处理单元，所述天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元：所述发射阵元，用于在确定待校正频段后，根据所述待校正频段发射射频信号；所述接收阵元，用于接收背景回波数据和平板校准体回波数据；所述数据处理单元，用于确定所述待校正频段，并根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号，根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号，根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；根据所述发射阵元和所述接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取所述发射阵元和所述接收阵元与所述平板校准体之间的第一距离数据，以及获取所述发射阵元、所述接收阵元和所述等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，其中，所述回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
在一些实施例中，所述平板校准体的中心与所述天线阵列的中心对齐，所述平板校准体的高度覆盖所述天线阵列的高度，所述平板校准体的中心与所述天线阵列的中心之间的距离范围为0.2至0.5m。
为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、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上述第一方面所述的方法。
为实现上述目的，本申请实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。
本申请提出的一维毫米波稀疏线阵校正方法、系统、设备和介质，至少具有如下有益效果：首先，本申请通过确定待校正频段，以使发射阵元根据待校正频段发射射频信号，并通过接收阵元接收背景回波数据和平板校准体回波数据；进一步的，本申请根据背景回波数据和平板校准体回波数据确定背景对消信号，对背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，剔除二次回波反射信号，进而对处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；进一步的，本申请根据频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；进一步的，本申请根据所述发射阵元和所述接收阵元的位置信息生成相同相位中心的等效收发阵元，并获取所述发射阵元和所述接收阵元与所述平板校准体之间的第一距离数据，以及获取所述发射阵元、所述接收阵元和所述等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据，进而根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，其中，所述回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；最终，本申请根据幅度校正因子和相位校正因子对天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理，其中，本申请在增设平板校准体的情况下，获取背景和平板校准体的回波数据，在剔除平板二次回波反射影响的情况下，利用幅度均衡化技术得到幅度校正因子，以完成系统的幅度校正，并将多发多收的天线阵列等效为一维毫米波稀疏线阵，进而可以以双站收发阵元通道接收到回波信号系统延时校正为目标，得到可以校正单站虚拟阵元位置收发通道相位的相位校正因子，进而可以对系统进行相位补偿，完成系统的相位校正；综上，通过本申请方法可以实现对多发多收天线阵列幅度和相位的校正，使得在后续过程中，可以有效优化前端显示的动态效果，进而可以提高毫米波系统的检测精度，使得相关毫米波设备能更加便捷的应用在毫米波人体安检及工业无损检测等场景中，提高用户使用体验。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一维毫米波稀疏线阵校正方法的流程图；
图2是本申请另一个实施例提供的稀疏阵列阵元分布图；
图3是本申请另一个实施例提供的稀疏阵列阵元局部放大图；
图4是本申请另一个实施例提供的平板校准体系统三维图实例；
图5是本申请另一个实施例提供的校正前二维时域图；
图6是本申请另一个实施例提供的校正后二维时域图；
图7是本申请另一个实施例提供的确定背景对消信号的流程图；
图8是本申请另一个实施例提供的一维毫米波稀疏线阵校正方法的实例流程图；
图9是本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
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，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
当前，主动式毫米波人体安检仪和工业无损检测设备因其出色的安全检测能力，在机场、海关、公安检查站及工业无损检测领域得到了广泛应用；然而，上述场景中的毫米波系统一般由捷变频源、功分器、多发多收天线阵列、微波线缆等多种微波器件组成，因此，毫米波系统在经过长时间的运行后，会使得多发多收天线阵列产生幅度和相位上的一致性漂移，这就导致了毫米波系统校正的偏差，这些偏差在相应的前端设备显示上会使得图像特性趋于散焦，进而严重影响了毫米波系统进行智能识别检测的效果，容易引发系统设备出现漏检、误检等问题。
本申请实施例提供了一种一维毫米波稀疏线阵校正方法、电子设备和介质，旨在解决现有技术中毫米波系统在长期运行后，多发多收的天线阵列的幅度和相位发生漂移，影响检测效果的技术问题，可以将多发多收阵列中的阵元位置等效为均匀一维线阵，以确定相应的校正因子，进而实现天线阵列幅度和相位校正，有效提高后续成像图像的质量。
下面结合附图，对本申请实施例的控制方法作进一步阐述。
请参考图1，图1是本申请实施例提供的一维毫米波稀疏线阵校正方法的一个可选的流程图，第一方面，本申请提供了一种一维毫米波稀疏线阵校正方法，应用于一维毫米波稀疏线阵校正系统中的数据处理单元，系统还包括天线阵列和平板校准体，天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元，方法可以包括但不限于有以下步骤S101至步骤S110。
步骤S101，确定待校正频段，以使发射阵元根据待校正频段发射射频信号；
步骤S102，通过接收阵元接收背景回波数据和平板校准体回波数据；
步骤S103，根据背景回波数据和平板校准体回波数据确定背景对消信号；
步骤S104，根据背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号；
步骤S105，根据时域脉压信号剔除二次回波反射信号；
步骤S106，根据处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；
步骤S107，根据频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；
步骤S108，根据发射阵元和接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取发射阵元和接收阵元与平板校准体之间的第一距离数据，以及获取发射阵元、接收阵元和等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；
步骤S109，根据频域回波信号、第一距离数据和第二距离数据得到回波相位数据，并根据回波相位数据得到相位校正因子，其中，回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；
步骤S110，根据幅度校正因子和相位校正因子对天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
可以想到的是，现有技术中，直接对多发多收(MIMO)的天线阵列进行校正处理存在计算复杂度高、实际可行性差等问题，故本申请通过将多发多收天线阵列等效为一维线阵，进而可以利用一维阵列处理的简化模型，极大的简化后续的信号处理和分析步骤，减少直接处理多发多收系统所带来的计算复杂度，使得本申请具有较好的实际可行性，进而可以提高成像精度；且这种等效方法不仅适用于一维均匀线阵平面扫描体制和柱面扫描体制，还可以应用于稀疏线阵的扫描体制，具有广泛的适用场景，在毫米波领域，这种方法可以显著地提高系统的性能。
在一些实施例中，平板校准体为用于获取回波数据的一个参考物体，在增设平板校准体的情况下，本申请通过选择一个特定的待校正频段，然后使发射阵元发射相应频段的射频信号，然后使用接收阵元捕获背景回波数据和平板校准体的回波数据，并利用背景回波数据和平板校准体的回波数据来确定背景对消信号，即消除背景干扰的信号，进一步的，并采用逆傅里叶变换，剔除平板二次回波反射信号，限制了杂波干扰，傅里叶变换转换得到频域的回波信号，并计算频域回波信号的功率，以此得到幅度校正因子，同时，通过将多发多收阵列阵元位置等效为均匀一维线阵，并与等效相位中心技术相结合，以双站收发阵元通道接收到回波信号系统延时校正为目标，校正单站虚拟阵元位置收发通道相位，可以计算回波的相位信息，并据此确定相位校正因子，最终利用前面得到的幅度和相位校正因子，对天线阵列中的频率信号进行准确的校正处理，其中，本申请方案在引入平板校准体的情况下，能获取背景和平板校准体的回波数据，通过剔除平板二次回波的反射影响，并使用幅度和相位的校正技术，从而得到校正因子，该过程可以有效提高毫米波稀疏线阵列的幅度和相位准确性，进而增强前端显示的动态效果和整个毫米波系统的检测精度，使得本申请中的高精度校正使得相关的毫米波设备可以更有效地应用于毫米波人体安检、工业无损检测等场景，从而提高用户的使用体验。
根据上述步骤S101至步骤S110，本申请可以结合背景对消信号、幅度均衡化和相位补偿技术，使用平板校准体进行校正，使得能够对天线阵列进行精确的幅度和相位校正，从而提高系统的检测精度，使得前端显示的动态效果更为清晰和稳定，且校正过的系统在处理回波信号时误差更小，从而可以减少误判和漏检的可能性，确保各种环境条件下系统的稳定运行，进而可以被更有效地应用于毫米波人体安检、工业无损检测等场景，使用户获得更准确、更快速的检测结果，增强用户的使用体验；且使用本申请中的平板校准体进行校正，简单有效，可以有效降低总体成本和后续维护的成本。
在一些实施例中，本申请在增设平板校准体的情况下，获取背景和平板校准体的回波数据，并在剔除平板二次回波反射影响的情况下，通过幅度均衡化以及将双站收发阵元(发射阵元和接收阵元)等效为单站虚拟阵元进行相位补偿的过程，得到相应的校正因子，实现对天线阵列幅度和相位的校正，使得在后续过程中，可以有效优化前端显示的动态效果，进而有效提高毫米波系统的检测精度，使得相关毫米波设备能更加便捷有效的应用在毫米波人体安检及工业无损检测等场景中，提高用户使用体验，其中，幅度均衡化是指在本申请中根据频域回波信号进行频率维度功率计算的过程，相位补偿是指在本申请中根据频域回波信号进行回波相位计算，得到回波相位数据，并根据回波相位数据得到相位校正因子的过程，回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位。
在一些实施例中，在确定待校正频段，以使发射阵元根据待校正频段发射射频信号时，发射阵元会向周围环境以及平板校准体发射射频信号，射频信号在接触到周围环境以及平板校准体时会产生对应的背景回波信号和平板校准体回波信号，进而通过接收阵元接收背景回波信号和平板校准体回波信号，以获取背景回波数据和平板校准体回波数据，进而在后续步骤中根据背景回波数据和平板校准体回波数据计算相关的校正因子。
在一些实施例中，平板校准体的中心与天线阵列的中心对齐，平板校准体的高度覆盖天线阵列的高度，平板校准体的中心与天线阵列的中心之间的距离范围为0.2至0.5m，其中，中心距离范围0.2至0.5m，是实际使用时，本申请中毫米波设备常用的校正距离，此距离的优点如下：由于毫米波设备天线阵列周围可能存在别的强反色射金属、物体等，射频信号经过发射天线发出的信号是宽波束，故需要对平板校准体的中心与天线阵列的中心之间的距离进行限制，以尽可能的减少杂波，而上述0.2至0.5m的距离则可以有效避免毫米波设备其他位置处的反射回波被接收天线接收到，进而带进来其他杂波，影响到信号的质量的情况下发生，可以有效提高回波信号的质量，进而提高本申请中校正处理的效果。
在一些实施例中，本申请可以把多发多收的天线阵列为均匀一维线阵，该均匀一维线阵对的扫描体制可以包括但不限于有一维均匀线阵平面扫描体制、一维均匀线阵柱面扫描体制、一维稀疏线阵平面扫描体制以及一维稀疏线阵柱面扫描体制，本申请中的一维毫米波稀疏线阵仅有于指代上述各扫描体制的均匀一维线阵，即具体采用何种均匀一维线阵不对本申请方法的实现构成限制。
在一些实施例中，根据发射阵元和接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，等效收发阵元可位于对应的发射阵元和接收阵元之间的中点位置，可参考图2至图4，其中，图2是本申请另一个实施例提供的稀疏阵列阵元分布图，图3是本申请另一个实施例提供的稀疏阵列阵元局部放大图，图4是本申请另一个实施例提供的平板校准体系统三维图实例；在一些实施例中，本申请中天线阵列的阵排布方式可以参考图2所示，天线阵列的局部放大图可以参考图3所示，平板校准体和天线阵列的相对位置关系可以参考图4所示；具体的，在图2和图3中，右侧星型为发射阵元位置TxAnt，左侧圆点为接收阵元位置RxAnt，中间圆点为等效收发阵元位置EffAnt，在图2和图3所示的结构布置基础上，放置平板校准体后所得的位置示意图可以参考图4所示，天线阵列的阵面前方中心位置放置有平板校准体，平板校准体的高度覆盖收发阵元的高度范围，其中，由于本毫米波平板校准体算法系统不依赖于频段而变化，故可以选择的待校正频段为30～36GHz，其中频率划分为nFreq＝96点，频段中心波长λc＝c/fc＝9.1mm，发射阵元和接收阵元错综排布，1发16收阵列布局，等效收发阵元等间距排布。
在一些实施例中，设置发射天线阵元间距48mm，接收天线阵元间距6mm，发射阵元数为40，接收阵元数为320；高度向覆盖1.92m视场，水平覆盖范围按照实际线阵机械扫描的运动长度而定，平板校准体中心正对天线阵列，平板校准体的中心与天线阵列的阵面中心距离范围为0.2至0.5m，平板校准体高度覆盖收发阵元高度，进而可以保证天线阵列的收发对均是有效的。
在一些实施例中，本申请方法的实际效果可参考图5至图6，图5为接收阵元接收到平板校准体回波，系统校正前变换到时域脉压信号二维图，图6为接收阵元接收到平板校准体回波，系统校正后变换到时域脉压信号二维图，根据图5至图6，可以看出，在进行本申请中校正步骤后，系统的二维时域图聚焦效果非常好，进而可以说明本申请中一维稀疏线阵校正方法的正确性，以及在实际系统中使用的可靠性，有效优化前端显示的动态效果，进而有效提高毫米波系统的检测精度，使得相关毫米波设备能更加便捷有效的应用在毫米波人体安检及工业无损检测等场景中，提高用户使用体验。
请参考图7，图7是本申请另一个实施例提供的确定背景对消信号的流程图，在一些实施例中，根据背景回波数据和平板校准体回波数据确定背景对消信号，包括：
步骤S710，获取天线阵列中各收发通道的频率维度均值；
步骤S720，对背景回波数据和平板校准体回波数据减去频率维度均值，以去除背景回波数据和平板校准体回波数据中的直流分量；
步骤S730，计算背景回波数据和平板校准体回波数据之间的差值信号，并将差值信号确定为背景对消信号。
可以想到的是，在实际的测量中，接收到的信号往往含有一定的直流分量，这会影响到后续的信号处理，而步骤S720通过减去频率维度均值，可以有效地去除了背景回波和平板校准体回波中的直流分量，从而提高了信号处理的准确性；同时，步骤S730通过计算背景回波和平板校准体回波之间的差值信号，可有效消除背景噪声或其他非特定目标产生的干扰，从而只关注于平板校准体产生的特定信号。
具体的，步骤S720中去除直流分量的表达式如下：
pSigCalF(i,f)＝pSigCalF(i,f)-mean(pSigBackF(i,f))，其中，pSigCalF(i,f)为平板校准体回波数据，mean(pSigBackF(i,f))对应频率维度均值，为天线阵列某一收发通道均值，f代表频点索引，i代表收发通道索引，通过该去除直流分量的表达式可以有效去除背景回波数据和平板校准体回波数据中的直流分量，可以想到的是，根据上述方法，在确定频率维度均值的情况下，也可以去除背景回波数据中的直流分量，以提高本申请的校正效果。
具体的，步骤S730中确定背景对消信号的表达式如下：
pSigCalF(i,f)＝pSigCalF(i,f)-pSigBackF(i,f)，其中，pSigBackF(i,f)为背景回波数据，其中f代表频点索引，通过该确定背景对消信号的表达式可以简单有效的获取背景对消信号，进而进行后续频域回波信号的计算，以确保在实际应用中能够提供准确、可靠的检测结果。
在一些实施例中，根据背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，包括：对背景对消信号进行频率维傅里叶逆变换处理，得到时域脉压信号，该步骤通过频率维傅里叶逆变换处理，将背景对消后的信号转换到时域，这样可以更容易地识别和处理具体的时域脉冲信号和其特性。
在一些实施例中，根据时域脉压信号剔除二次回波反射信号，包括：确定并剔除时域脉压信号中的平板校准体二次回波反射信号，其中，由于平板校准体在实际操作中可能会产生二次或多次的回波，这些回波信号可能会与主要的回波信号混合，从而降低信号处理的准确性，故该步骤特意剔除这些二次回波，确保得到的是与真实目标最为相关的信号。
在一些实施例中，根据处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号，包括：对处理后的时域脉压信号进行傅里叶变换处理，得到频域回波信号，其中，该步骤将经过处理的时域脉压信号转换回频域，频域回波信号代表了每个通道接收到的信号在频域上的分布，从频域回波信号中可以提取出各个频点的幅度和相位信息，这样不仅为后续的信号分析提供了便利，还使得系统可以根据这些信号的频域特性进行进一步的应用和分析。
具体的，上述实施例中确定并剔除平板校准体二次回波的反射信号的表达式如下：
SigF＝sum(abs(pSigCalF),2),[num,idx]＝findpeaks(SigF)，其中，SigF即为时域脉压信号，“2”表示是第二个维度上进行求和，即频率维度，num是峰值处的函数值，idex是峰值对应的索引，故该表达式表示在对背景对消信号进行频率维傅里叶逆变换处理，得到时域脉压信号后，查找到时域脉压信号中第二个峰值所在的位置，并将其置为零，进而可以简单有效的确定并剔除时域脉压信号中的平板校准体二次回波反射信号。
需要说明的是，在上述搜寻最大值算法中，查找到二次回波峰值位置，并置为零，是在时域信号中处理的，进而可以实现去除时域脉压信号中杂波干扰的技术效果。
在一些实施例中，根据频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子，包括：根据频域回波信号进行频率维度功率计算，得到天线阵列中各收发通道的频率维度功率；根据各收发通道的频率维度功率进行求和计算，得到功率和，并将功率和的倒数确定为幅度校正因子。
具体的，幅度校正方法表达式如下：
SigCalPower(i)＝1/sum(sqrt(abs(pSigCalF(i,f))2),2)；
其中，sum(sqrt(abs(pSigCalF(i,f))2),2)即为天线阵列中各收发通道的频率维度功率进行求和得到的功率和，而SigCalPower(i)即为该功率和的倒数，即为用于幅度校正的幅度校正因子。
需要说明的是，在上述幅度校正实现过程，体现在相关系统前端图像显示中技术效果包括，使得图像更加均衡化，避免图像中出现极大值亮点，进而压低整幅图像的动态，有效优化毫米波系统的检测效果。
在一些实施例中，回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位，根据频域回波信号、第一距离数据和第二距离数据得到回波相位数据，并根据回波相位数据得到相位校正因子，包括：从频域回波信号中获取校准体实际回波相位；根据第一距离数据确定校准体双站回波相位；根据第二距离数据中，等效收发阵元与目标需校正位置之间的距离确定目标单站回波相位；根据第二距离数据中，发射阵元和接收阵元与目标需校正位置之间的距离确定目标双站回波相位；其中，双站回波相位通常涉及到两个阵元位置，当发射阵元发出射频信号到目标体时，接收阵元接收到目标的反射回波时，由于两者之间回波的距离差异，从而产生不同的相位；单站回波相位是单个收发阵元接收到的目标回波的相位。
可以想到的是，对于复杂的多维阵列系统，其所涉及的数据处理和计算量会远大于简单的一维线阵，而将其转化为一维线阵，从而可以显著地减少计算负担和提高实时处理的能力，且一维线阵的处理方法具有很强的通用性，将多发多收转化为一维线阵意味着可以直接采用这些已经验证过的方法和技术，如在本申请中，在转化为一维线阵的情况下，本申请可以简单有效的计算出用于相位补偿的相位校正因子，进而实现对毫米波系统的相位校正。
在一些实施例中，双站回波相位包括校准体双站回波相位和目标双站回波相位，单站回波相位包括校准体实际回波相位和目标单站回波相位，其中，校准体实际回波相位可以直接从频域回波信号中获取，这是因为在实际的测量过程中，校准体的回波会产生一个特定的相位，这个相位可以通过回波信号找到；相对的，校准体双站回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位可以从距离参数计算出来，这是因为原始的相位信息会因为传播距离的增加而产生相位延迟，这个延迟可以通过计算各组元件(发射阵元、接收阵元、校正板、目标等)之间的距离来精确计算，即可以将距离信息转换为相位信息。
具体的，相位校正因子的表达式如下：
phaSigCalF(i,f)＝CalIdealEcho·EffectEcho/(CalbrateSig·IdealEcho)；
其中，CalIdealEcho＝exp(-1i·k·(Rc_Ty+Rc_Ry))为校准体双站回波相位，“exp(-1i*k*...)”是复数指数函数，“1”是复数表示时的一个常数参数，k表示波数，k·(Rc_Ty+Rc_Ry)代表相位，CalbrateSig为校准体实际回波相位，EffectEcho＝exp(-1i·2k·Range)为目标单站回波相位，IdealEcho＝exp(-1i·k(Ri_Ty+Ri_Ry))为目标双站回波相位，Rc_Ty为发射阵元至校正板的距离，Rc_Ry为接收阵元至校正板的距离，Rc_Ty和Rc_Ry即对应第一距离数据，Range为收发阵元至目标需校正位置距离，Ri_Ty为发射阵元至目标需校正的距离，Ri_Ry为接收阵元至目标需校正的距离，Range、Ri_Ty和Ri_Ry即对应第二距离数据，可以想到的是，校准体实际回波相位可以在从频域回波信号直接获取，而校准体双站回波相位、目标单站回波相位以及目标双站回波相位均可以根据发射阵元至校正板的距离、接收阵元至校正板的距离、收发阵元至目标需校正位置距离、发射阵元至目标需校正的距离以及接收阵元至目标需校正的距离等距离参数得出。
在一些实施例中，通过计算校准体双站回波相位和目标单站回波相位，并对校准体双站回波相位与目标单站回波相位相乘，然后与校准体实际回波相位和目标双站回波相位求共轭，得到相位校准因子，是为了抵消由于通道非均匀性导致的相位误差，以提高本申请的校正效果。
在一些实施例中，根据幅度校正因子和相位校正因子对天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理，包括：将天线阵列中各收发通道的频率信号的幅度与幅度校正因子相乘，以完成幅度校正；将天线阵列中各收发通道的频率信号的相位与相位校正因子相加，以完成相位校正，使得毫米波图像细节更清晰、聚焦效果更好，图像的动态更高。
请参考图8，图8是本申请另一个实施例提供的一维毫米波稀疏线阵校正方法的实例流程图，在一些实施例中，本申请方案包括但不限于有以下步骤：
步骤S801,选定频段，发射阵元发射射频信号；
步骤S802,接收阵元，获取背景回波数据及平板校准体回波数据；
步骤S803,去除直流分量；
步骤S804,背景对消；
步骤S805,频率维IFFT获得时域脉压信号；
步骤S806,剔除二次回波反射信号；
步骤S807,时域脉压信号FFT获得频域信号；
步骤S808,幅度校正为每组收发通道频率维度功率的倒数；
步骤S809,计算校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；
步骤S810,系统幅度和相位校正完成。
综上，通过上述步骤S801至S810，本申请相比现有技术，采用了平板校准体，通过剔除平板二次回波反射影响，并利用幅度均衡化、双站收发阵元等效为单站虚拟阵元的相位补偿技术，进而可以根据平板校准体的回波数据实现对多发多收天线阵列幅度和相位校正，有效优化毫米波系统的检测效果，使得后续前端显示动态更高，并且外场使用更便捷，更适合在毫米波人体安检及工业无损检测等场景中使用。
第二方面，本申请实施例还提供了一种一维毫米波稀疏线阵校正系统，包括天线阵列、平板校准体和数据处理单元，天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元：发射阵元，用于在确定待校正频段后，根据待校正频段发射射频信号；接收阵元，用于接收背景回波数据和平板校准体回波数据；数据处理单元，用于确定待校正频段，并根据背景回波数据和平板校准体回波数据确定背景对消信号；根据背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，剔除二次回波反射信号，根据处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；根据频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；根据发射阵元和接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取发射阵元和接收阵元与平板校准体之间的第一距离数据，以及获取发射阵元、接收阵元和等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；根据频域回波信号、第一距离数据和第二距离数据得到回波相位数据，并根据回波相位数据得到相位校正因子，其中，回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；根据幅度校正因子和相位校正因子对天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
在一些实施例中，一维毫米波稀疏线阵校正系统应用于毫米波人体安检仪或工业无损检测领域中，一维毫米波稀疏线阵校正系统可以包括但不限于有捷变频源、功分器、天线阵列(收发阵列)，捷变频源包括倍频电路、DDS芯片、倍频器、混频器、滤波电路，功分器包含放大器、无源功分器，天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的程序以及用于实现处理器和存储器之间的连接通信的数据总线，程序被处理器执行时实现上述一维毫米波稀疏线阵校正方法。该电子设备可以为包括平板电脑、车载电脑等任意智能终端。
请参阅图9，图9示意了另一实施例的电子设备的硬件结构，电子设备包括：
处理器901，可以采用通用的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；
存储器902，可以采用只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)等形式实现。存储器902可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器902中，并由处理器901来调用执行本申请实施例的一维毫米波稀疏线阵校正方法；
输入/输出接口903，用于实现信息输入及输出；
通信接口904，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；
总线905，在设备的各个组件(例如处理器901、存储器902、输入/输出接口903和通信接口904)之间传输信息；
其中处理器901、存储器902、输入/输出接口903和通信接口904通过总线905实现彼此之间在设备内部的通信连接。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述一维毫米波稀疏线阵校正方法。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，本申请附图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、对应的系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (12)

1.一种一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，应用于一维毫米波稀疏线阵校正系统中的数据处理单元，所述系统还包括天线阵列和平板校准体，所述天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元，所述方法包括：
确定待校正频段，以使所述发射阵元根据所述待校正频段发射射频信号；
通过所述接收阵元接收背景回波数据和平板校准体回波数据；
根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号；
根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号；
根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号；
根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号；
根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；
根据所述发射阵元和所述接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取所述发射阵元和所述接收阵元与所述平板校准体之间的第一距离数据，以及获取所述发射阵元、所述接收阵元和所述等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；
根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，其中，所述回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；
根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
2.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号，包括：
获取所述天线阵列中各收发通道的频率维度均值；
对所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据减去所述频率维度均值，以去除所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据中的直流分量；
计算所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据之间的差值信号，并将所述差值信号确定为背景对消信号。
3.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，包括：
对所述背景对消信号进行频率维傅里叶逆变换处理，得到时域脉压信号。
4.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号，包括：
确定并剔除所述时域脉压信号中的平板校准体二次回波反射信号。
5.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号，包括：
对所述处理后的时域脉压信号进行傅里叶变换处理，得到频域回波信号。
6.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子，包括：
根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到所述天线阵列中各收发通道的频率维度功率；
根据各收发通道的所述频率维度功率进行求和计算，得到功率和，并将所述功率和的倒数确定为幅度校正因子。
7.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，包括：
从所述频域回波信号中获取所述校准体实际回波相位；
根据所述第一距离数据确定所述校准体双站回波相位；
根据所述第二距离数据中，所述等效收发阵元与所述目标需校正位置之间的距离确定所述目标单站回波相位；
根据所述第二距离数据中，所述发射阵元和所述接收阵元与所述目标需校正位置之间的距离确定所述目标双站回波相位；
根据所述校准体双站回波相位和所述目标单站回波相位进行乘积计算，得到相位乘积；
根据所述校准体实际回波相位和所述目标双站回波相位对所述相位乘积进行共轭计算，得到相位校正因子。
8.根据权利要求1所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法，其特征在于，所述根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理，包括：
将所述天线阵列中各收发通道的频率信号的幅度与所述幅度校正因子相乘，以完成幅度校正；
将所述天线阵列中各收发通道的频率信号的相位与所述相位校正因子相加，以完成相位校正。
9.一种一维毫米波稀疏线阵校正系统，其特征在于，包括天线阵列、平板校准体和数据处理单元，所述天线阵列包括多个发射阵元和多个接收阵元：
所述发射阵元，用于在确定待校正频段后，根据所述待校正频段发射射频信号；
所述接收阵元，用于接收背景回波数据和平板校准体回波数据；
所述数据处理单元，用于确定所述待校正频段，并根据所述背景回波数据和所述平板校准体回波数据确定背景对消信号；根据所述背景对消信号逆傅里叶变换得到时域脉压信号，根据所述时域脉压信号剔除二次回波反射信号，根据所述处理后的时域脉压信号傅里叶变换得到频域回波信号，根据所述频域回波信号进行频率维度功率计算，得到幅度校正因子；根据所述发射阵元和所述接收阵元的位置信息生成等效收发阵元，并获取所述发射阵元和所述接收阵元与所述平板校准体之间的第一距离数据，以及获取所述发射阵元、所述接收阵元和所述等效收发阵元与目标需校正位置之间的第二距离数据；根据所述频域回波信号、所述第一距离数据和所述第二距离数据得到回波相位数据，并根据所述回波相位数据得到相位校正因子，其中，所述回波相位数据包括：校准体双站回波相位、校准体实际回波相位、目标单站回波相位和目标双站回波相位；根据所述幅度校正因子和所述相位校正因子对所述天线阵列中各收发通道的频率信号进行校正处理。
10.根据权利要求9所述的一维毫米波稀疏线阵校正系统，其特征在于，所述平板校准体的中心与所述天线阵列的中心对齐，所述平板校准体的高度覆盖所述天线阵列的高度，所述平板校准体的中心与所述天线阵列的中心之间的距离范围为0.2至0.5m。
11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任意一项所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任意一项所述的一维毫米波稀疏线阵校正方法。
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