[发明专利]用于太赫兹高斯波束全息成像的三维大景深图像重建方法

权利要求书

1.一种用于太赫兹高斯波束全息成像的三维大景深图像重建方法，其特征在于，包括：

S1：如果雷达发射信号属于线性调频连续波信号，则先补偿掉发射方式导致的剩余视频相位，消除剩余视频相位后得到和步进频连续波信号相同的回波信号后，再进行以下处理；如果雷达发射信号属于步进频连续波信号，则直接雷达发射信号进行以下处理：

对接收到的回波信号作方位向二维傅里叶变换得到三维频谱S₁(k_x,k_y,k)，并建立坐标系XYZ，定义X、Y为扫描方向，Z为雷达照射方向；k_x、k_y为方位向波数，k为自由空间的波数，三维频谱S₁(k_x,k_y,k)表示为：

S1(kx,ky,k)=∫∫∫-πσ(x′,y′,z′)[w0w(z′,k)]2(w022-jz′k)·exp[-(kx2+ky2)w028]·exp[-j(2k-kx2+ky24k)z′]·exp[-j(kxx′+kyy′)]dx′dy′dz′---(1)]]>

式中σ(x′,y′,z′)为坐标系XYZ中位于(x′,y′,z′)处目标的散射系数，w₀为雷达天线发射波束的束腰大小，

S2：对S1所得的三维频谱S₁(k_x,k_y,k)乘以参考距离匹配滤波函数H(k_x,k_y,z_o,k)，获得三维频谱S₂(k_x,k_y,k)，其中参考距离匹配滤波函数H(k_x,k_y,z_o,k)表示为：

H(kx,ky,zo,k)=exp[j(2k-kx2+ky24k)z0]---(2)]]>

z₀为目标所处位置的参考距离；

S3：对S2所得三维频谱S₂(k_x,k_y,k)进行距离方位向解耦合，得到解耦合频谱结果即三维频谱S₇(k_x,k_y,z)，其中，z为目标在坐标系XYZ中Z方向的取值；

具体的：

S31：根据太赫兹雷达系统参数和目标最大分布距离比率γ选取参数α，且参数α选择需满足：

α≤[11+2.3w02kc2-γ]c24πBΔf---(3)]]>

式中B为发射信号带宽，Δf为回波数据的频率采样间隔，目标最大分布距离比率γ的取值范围为γ∈(0,1)，k_c为发射信号中心频率波数；c为电磁波在自由空间的传播速度；

S32：对步骤S2所得的三维频谱S₂(k_x,k_y,k)乘以线性调频信号H₁(k_x,k_y,k_b,α)并对乘积中的k_b进行逆傅里叶变换，获得三维频谱S₃(k_x,k_y,z)，线性调频信号H₁(k_x,k_y,k_b,α)表达式为：

H1(kx,ky,kb,α)=exp{-j[1+(kx2+ky2)/(8kc2)]αkb2}---(4)]]>

其中k_b为基频波数；

S33：对三维频谱S₃(k_x,k_y,z)乘以线性调频信号H₂(k_x,k_y,z,α)并对乘积中的z进行傅里叶变换，获得三维频谱S₄(k_x,k_y,k_b)，线性调频信号H₂(k_x,k_y,z,α)表达式为：

H2(kx,ky,z,α)=exp{j[-1/[4α(1+(kx2+ky2)/(8kc2))]+1/(4α)]z2}---(5)]]>

S34：根据太赫兹雷达系统参数和选取的参数γ、α得到补零个数N，并对三维频谱S₄(k_x,k_y,k_b)的基频波数域进行N点补零得到S₅(k_x,k_y,k_b)，且N满足：

N=ceil[1.15w02kc2(c2γα2πΔf2+2BΔf)]---(6)]]>

式中c为电磁波在自由空间的传播速度，ceil(a)表示为大于a的最小整数；

S35：对三维频谱S₅(k_x,k_y,k_b)乘以线性调频信号H₃(k_x,k_y,k_b,α)并对乘积中的k_b进行逆傅里叶变换，获得三维频谱S₆(k_x,k_y,z)，线性调频信号H₃(k_x,k_y,k_b,α)表达式为：

H3(kx,ky,kb,α)=exp(jαkb2)---(7)]]>

S37：对三维频谱S₆(k_x,k_y,z)乘以线性调频信号H₄(k_x,k_y,z,α)，获得三维频谱S₇(k_x,k_y,z)，线性调频信号H₄(k_x,k_y,z,α)表达式为：

H4(kx,ky,z,α)=exp{-j[-1/α+(1+(kx2+ky2)/(8kc2))/α]z2}---(8)]]>

S4：对S3所得三维频谱S₇(k_x,k_y,z)进行方位向匹配滤波，乘以方位向匹配滤波函数H₅(k_x,k_y,z′-z_o)，得到三维频谱S₈(k_x,k_y,z)，方位向匹配滤波函数H₅(k_x,k_y,z′-z_o)表达式为：

H5(kx,ky,z′-zo)=exp[j(2-kx2+ky24kc2)kc(z′-zo)]---(9)]]>

步骤S5：对步骤S4所得的三维频谱S₈(k_x,k_y,z)作方位向二维逆傅里叶变换，得到三维频谱S₉(x,y,z)，根据三维频谱S₉(x,y,z)进行图像处理得到三维聚焦图像；S₉(x,y,z)表达式为：

S9(x,y,z)=∫∫∫-8σ(x′,y′,z′)[πw(z′,kc)]2(w022-jz′kc)·sin c{2Bc[z-(z′-zo)]}·exp[-2ρ2(x′,y′)w02]dx′dy′dz′---(10)]]>

式中