微波陣列天線成像處理中干擾抑制及快速成像方法的研究.pdf

1、微波陣列天線成像技術(shù)在國(guó)防安全、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)成像等諸多領(lǐng)域都有著廣泛而重要的應(yīng)用。其在不同的應(yīng)用領(lǐng)域既有一些共同的技術(shù)特點(diǎn)，也存在一些各自領(lǐng)域獨(dú)特的技術(shù)問題。本論文針對(duì)微波陣列天線在穿墻成像和醫(yī)學(xué)斷層成像應(yīng)用中的干擾抑制等問題進(jìn)行了研究，主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1．針對(duì)線性陣列天線BP算法成像結(jié)果中存在虛假目標(biāo)圖像的問題，提出使用成像概率函數(shù)濾波的抑制方法。利用成像計(jì)算中目標(biāo)單元信號(hào)是同相疊加，而非目標(biāo)單元信號(hào)是異相疊

2、加的特點(diǎn)，以此來(lái)定義成像概率函數(shù)，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)臑V波門限可有效消除虛假目標(biāo)圖像。應(yīng)用中，由于部分像素單元的成像概率函數(shù)計(jì)算存在誤差，導(dǎo)致使用成像概率函數(shù)濾波后，仍然會(huì)殘留部分虛假目標(biāo)圖像。針對(duì)這一問題，提出利用圖像位置信息反向求解濾波的方法，可進(jìn)一步抑制殘留的虛假目標(biāo)圖像。仿真成像處理的結(jié)果表明，所提出的抑制方法效果顯著，實(shí)現(xiàn)方便，不受墻體參數(shù)誤差的影響，可有效提高線性陣列天線穿墻成像的質(zhì)量。
　　 2．針對(duì)射頻干擾對(duì)微波醫(yī)學(xué)成

3、像系統(tǒng)的影響，利用系統(tǒng)激勵(lì)源與干擾源的非相關(guān)性，提出對(duì)系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)初始相位按照均勻分布在[-π，π]的隨機(jī)相位序列編碼的方法，將射頻干擾轉(zhuǎn)變?yōu)榱憔档碾S機(jī)序列，進(jìn)而再使用均值濾波的方法進(jìn)行抑制。以乳腺腫瘤二維微波斷層成像系統(tǒng)的應(yīng)用為例，給出了隨機(jī)相位編碼方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)仿真成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　 3．針對(duì)環(huán)形陣列天線信號(hào)測(cè)量中，傳統(tǒng)的直接測(cè)量模式數(shù)據(jù)存在動(dòng)態(tài)范圍廣、參數(shù)靈敏度差異大和信噪比特性較差等不足，提出了

4、測(cè)量天線對(duì)信號(hào)差值的測(cè)量模式。以16天線的乳腺腫瘤環(huán)形陣列成像系統(tǒng)為例，通過(guò)數(shù)值分析和成像實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)差值測(cè)量模式的數(shù)據(jù)特性進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明，差值測(cè)量模式能有效改善直接測(cè)量模式的不足，具備更優(yōu)越的測(cè)量數(shù)據(jù)特性。
　　 4．分析了基于非線性迭代方法的微波斷層成像計(jì)算中，矩陣方程的階數(shù)與有限元網(wǎng)格密度的內(nèi)在關(guān)系。分析表明，隨著計(jì)算網(wǎng)格密度的提高，求解方程的計(jì)算復(fù)雜度和計(jì)算時(shí)間，都呈指數(shù)級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。為便于微波斷層成像技術(shù)的普及

5、應(yīng)用，針對(duì)乳腺腫瘤二維微波斷層成像在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)，提出了一種二次成像的快速方法。其基本原理是對(duì)感興趣的圖像區(qū)域采用高密度網(wǎng)格計(jì)算以保證成像精度，對(duì)于不太感興趣的圖像區(qū)域采用較低密度網(wǎng)格計(jì)算以減少計(jì)算單元數(shù)量，提高成像效率。介紹了二次成像快速方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。經(jīng)理論分析和成像實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在乳腺腫瘤二維微波斷層成像應(yīng)用系統(tǒng)中，所提出的二次成像方法可以對(duì)常見的乳腺腫瘤目標(biāo)進(jìn)行成像檢測(cè)，與傳統(tǒng)的使用全局精細(xì)網(wǎng)一次成像方式相比，這種二次成

6、像方法可以節(jié)省成像時(shí)間80％左右，同時(shí)可以獲得相近似的目標(biāo)成像質(zhì)量。
　　 5．針對(duì)手指關(guān)節(jié)的微波斷層成像檢測(cè)應(yīng)用，提出利用X射線成像結(jié)果來(lái)獲取微波斷層成像的先驗(yàn)信息，通過(guò)優(yōu)化迭代計(jì)算的初值分布，來(lái)改善迭代成像的效果?；谒O(shè)計(jì)的手指關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了仿真成像實(shí)驗(yàn)。仿真成像結(jié)果表明，利用X射線圖像獲得的手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息來(lái)成像，可以對(duì)手指關(guān)節(jié)模型中2mm寬的關(guān)節(jié)區(qū)域進(jìn)行成像檢測(cè)，模擬的病態(tài)關(guān)節(jié)參數(shù)變化特征可以在成像結(jié)果中檢測(cè)出