[发明专利]基于合成孔径技术的毫米波视频成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于合成孔径技术的毫米波视频成像方法，应用于一种基于合成孔径技术的毫米波视频成像系统，所述系统包括：数据采集设备和数据处理设备；所述数据采集设备的数据输出端与所述数据处理设备的数据输入端连接；

所述数据采集设备包含环形扫描轨道以及设置在所述环形扫描轨道上的雷达；所述雷达采用单发单收通道，且所述雷达为毫米波雷达；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，设定所述雷达的检测区域内存在运动的人体目标，所述运动的人体目标位于三维空间坐标系中，且所述三维空间坐标系以环形轨道的中心为原点；设定所述雷达的波束中心指向为距离向，所述雷达的旋转角度方向为方位向；并设定所述雷达的回波采样时间为快时间，所述雷达的运动时间为慢时间；雷达随慢时间沿着所述环形轨道进行旋转；

步骤2，设定所需高分辨SAR图像的方位分辨率为ρ_a，则形成第一幅高分辨SAR图像需要雷达旋转的角度λ表示雷达发射信号的波长；所述雷达在每个慢时间发射脉冲信号并接收对应的雷达回波数据，雷达每个慢时间旋转的角度记为theta；对雷达回波数据进行采样，得到大小为N×M的采样数据矩阵，其中，M为距离向采样点数，N＝ΔΘ/theta为方位向采样点数；

步骤3，将大小为N×M的采样数据矩阵按照方位向划分为K⁽⁰⁾个子孔径数据，每个子孔径数据的方位向数据大小为N/K⁽⁰⁾，对每个子孔径数据分别成像，得到K⁽⁰⁾个对应的子图像，再对所述K⁽⁰⁾个对应的子图像进行融合，得到一幅高分辨SAR图像；

步骤4，获取新的大小为P×M的采样数据矩阵，且P＜N；将所述新的大小为P×M的采样数据矩阵按照方位向划分子孔径数据，且每个子孔径数据的方位向数据大小为N/K⁽⁰⁾，得到T个子孔径数据，T＝floor[P/(N/K⁽⁰⁾)]，对所述T个子孔径数据分别成像，得到T个对应的子图像；floor表示向下取整操作，T＜K⁽⁰⁾；将所述T个对应的子图像与上一幅高分辨SAR图像中的K⁽⁰⁾-T个子图像进行融合，得到新的一幅高分辨SAR图像；

步骤5，重复执行步骤4，直到得到num幅高分辨SAR图像，从而得到由所述num幅高分辨SAR图像组成的视频，其中，num为组成所述视频需要的高分辨SAR图像的个数，且num为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径技术的毫米波视频成像方法，其特征在于，步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)对所述大小为N×M的采样数据矩阵中的回波数据进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的回波信号；

(3b)对所述脉冲压缩后的回波信号进行初始阶段的子孔径划分，假设初始阶段划分得到K⁽⁰⁾个子孔径，每个子孔径的长度用角度表示为Δθ⁽⁰⁾＝ΔΘ/K⁽⁰⁾，每个子孔径数据的方位向数据大小为N/K⁽⁰⁾，且第k个子孔径中心方位坐标为k＝1，2，…K⁽⁰⁾，k表示第k个子孔径；

(3c)每个子孔径数据形成一幅子图像，且第k幅子图像形成在以其子孔径中心为原点的局部极坐标系，其中，R表示环形扫描轨道的半径，表示第k个子孔径中心的方位坐标；且以表示第k个局部极坐标系中的角域划分，以r表示第k个局部极坐标系中的距离划分，从而以为原点建立局部极坐标系则第k个子图像表示为：

其中，θ为用角度表示的慢时间，表示第k个子孔径中心的方位坐标，Δθ⁽⁰⁾为用角度表示的子孔径的长度，-Δθ⁽⁰⁾/2和Δθ⁽⁰⁾/2分别表示子孔径的积分下限和上限，表示第k个子孔径脉冲压缩后的回波信号，为雷达在时天线相位中心到像素点的瞬时斜距；

令k依次取值1，2，…K⁽⁰⁾，从而得到第1个子图像至第K⁽⁰⁾个子图像；

(3d)对所述第1个子图像至第K⁽⁰⁾个子图像两两一组进行融合，则共需要融合次数为G＝log₂(K⁽⁰⁾)，且每次融合后的子图像数目变为融合前的1/2；

(3e)设第g次融合后的子孔径数目为K^(g)，其中，g＝1，2，...G，对于第k′个子孔径，k′＝1，2，...，K^(g)，其长度用角度表示为Δθ^(g)＝ΔΘ/K^(g)，且以表示第g次融合后的第k′个局部极坐标系中的角域划分，则以两个子孔径融合后的子孔径中心为原点建立局部坐标系则第g次融合后的第k′个子图像表示为：

其中，表示相干融合，表示第g-1次融合后的第2k′-1个子图像，表示第g-1次融合后的第2k′个子图像；

令g依次取值1，2，...G，从而得到第G次融合后的一幅高分辨SAR图像。