[发明专利]基于多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像方法

说明书

本发明涉及一种基于多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像方法，经过成像场景设置、获取太赫兹回波、回波离散化、通过Akaike信息量准则估计出散射点数目、最后通过稀疏重构算法估计目标点坐标，实现多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像。所提方法保留了目标信息在路径延迟中的非线性，利用观测矩阵列原子序号与目标场景之间的一一映射关系，基于稀疏重构技术的贪婪思想实现目标重构。其中，为了改善经典贪婪算法对目标稀疏度（即散射点个数）的依赖性，所提算法在每次迭代选择原子序列时，利用Akaike信息量准则，基于余量对目标的稀疏度进行自适应估计，从而进一步提高了目标重构算法的普适性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种成像技术，特别涉及一种基于多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像方法。

背景技术

太赫兹电磁波具有能量低、相干测量等特性，这些特性使得太赫兹成像在很多领域具有应用价值；并且太赫兹波有很强的穿透能力，而且具有方向性，因此在一些环境下太赫兹成像具有很多优势。

众所周知，在基于合成孔径的微波成像理论中，距离分辨率和奈奎斯特采样率这两个量共同决定了成像系统的复杂度。距离向分辨率上限由发射信号的带宽决定，而根据奈奎斯特采样定律，这要求系统的采样频率至少要两倍的信号带宽。这代表着提高成像的距离分辨率，信号带宽和系统采样频率都必须相应提高，随之带来的是增加的系统设计复杂度和海量的待处理数据。同时，受到当下实际模拟/数字电子器件工艺发展水平的限制，增加信号带宽和系统采样频率都使得成像系统的设计与实现变得困难重重。因此，根据目标在高频电磁区域中可以由少数有限个强散射点表达这一目标具有稀疏先验的事实，引入稀疏信号处理的稀疏成像技术为突破传统微波成像理论的限制和简化系统复杂度带来了希望。

同时由于近场时，目标信息存在于路径延迟的非线性项中，传统基于傅里叶变换的重构方法都需要对路径延迟项进行目标空间位置的线性表达近似，如经典的单站系统中球面波的平面波叠加近似或驻定相位法分解等。尽管如此，这些方法对多站系统很不适用，继续沿用类似方法对多站的路径延迟进行线性近似，引入的近似误差大，造成重构性能的下降。此外，对于多站系统，若对路径延迟采用一阶泰勒级数展开后再基于傅里叶变换进行目标散射点重构则由于忽略了延迟高阶项的影响，目标被限定在很小的范围内，也不是近场时多站系统路径延迟处理方法的优化选择。所以基于稀疏重构技术的贪婪思想，保留目标信息在路径延迟中的非线性，成为了太赫兹多发多收阵列近场成像的合理选择。

发明内容

本发明是针对传统基于傅里叶变换的目标重构算法在太赫兹近场多站成像中存在近似误差增加和目标重构范围缩小的问题，提出了一种基于多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像方法，利用一种稀疏度自适应估计的稀疏重构算法解决传统基于傅里叶变换的目标重构算法在太赫兹近场多站成像中存在近似误差增加和目标重构范围缩小的问题，以及低样本率下的太赫兹成像低分辨率的问题，实现线性紧凑型太赫兹多发多收阵列近场稀疏成像。

本发明的技术方案为：一种基于多发多收阵列的太赫兹近场稀疏成像方法，具体包括如下步骤：

1)成像场景设置：太赫兹多发多收阵列的M个发射机和N个接收机分布在二维平面的同一基线上，同时发射机、接收机和目标平面三者都位于同一平面XY，以成像场景中心为直角坐标原点O建立坐标系XOY，则第m个发射机和第n个接收机所在位置分别表示为和设目标散射点的直角坐标为r＝(x,y)，散射系数记为σ(r)，发射机和接收机天线组成的天线阵列基线中心到目标平面中心的距离为R₀；

2)获取太赫兹回波，对回波进行去载波、滤波处理；

3)回波离散化：将获取的太赫兹回波根据成像场景离散化，构建观测矩阵，构建的观测矩阵中保留含有目标信息在延迟路径中的非线性，完整保留路径延迟项中的目标信息；

4)通过Akaike信息量准则估计出散射点数目；