[发明专利]一种无扫描单通道太赫兹雷达前视三维成像方法和系统

说明书

本申请涉及一种无扫描单通道太赫兹雷达前视三维成像方法和系统。所述方法包括：通过单发单收太赫兹雷达获取一维距离像，通过飞行时间相机采集三维深度图像，以大量一维距离像为输入，对应的三维深度图像为输出，对神经网络模型进行训练，得到训练好的神经网络模型；获取待检测场景的一维距离像，输入训练好的神经网络模型中，根据训练好的神经网络模型的输出得到待检测场景的三维图像。本发明仅使用单发单收的单通道太赫兹雷达，避免天线阵列的使用和波前调制，不依赖孔径积累或相对运动实现无扫描单通道前视三维成像，极大地简化系统、降低成本；提出基于深度学习的前视三维成像算法，提高了系统的成像效率，能够满足高分辨高帧率成像需求。

技术领域

本申请涉及太赫兹雷达三维成像技术领域，特别是涉及一种无扫描单通道太赫兹雷达前视三维成像方法和系统。

背景技术

“太赫兹”一词正式出现于1970年，指代频率在0.1～10THz之间的电磁波。太赫兹波处于电子学向光学的过渡频段。相比于微波雷达，太赫兹雷达波长短、带宽大，具有极高的空间分辨力，因此成像分辨率极高，能够对目标特征进行精细刻画。

经典的雷达成像技术通常都是基于层析和距离多普勒原理，并通过目标和雷达相对运动形成的虚拟合成孔径实现；在前视和凝视成像领域，如孔径编码成像、电磁涡旋成像等则主要是通过对电磁波的方向图和波前空间进行调制以获取丰富的等效照射模式，使得回波中的目标信息更丰富，并以此进行超分辨成像。但是以上的方法要么需要雷达与目标之间的相对运动，要么需要对电磁波或波前空间进行调制使得成像系统复杂，都有各自的局限性。另外现有的雷达前视成像技术，使用较多的是阵列体制、扫描体制和波前空间调制体制。阵列体制和波前空间调制体制的雷达成像系统结构复杂，因而成本较高；而扫描体制的雷达成像系统，则需要长时间的数据积累过程，难以实现高帧率成像。因此，现有技术存在适应性不佳的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化雷达成像系统、同时满足高分辨高帧率成像需求的无扫描单通道太赫兹雷达前视三维成像方法、系统、计算机设备和存储介质。

一种无扫描单通道太赫兹雷达前视三维成像方法，所述方法包括：

通过两路同步的时钟信号分别控制单发单收太赫兹雷达收发信号得到检测场景的一维距离像，以及控制飞行时间相机采集信号得到所述检测场景对应的三维深度图像，进一步通过变换检测场景中目标的姿态和位置，得到由多组一维距离像和三维深度图像对构成的训练集；

将训练集中的一维距离像转换为列向量后输入预先设计的神经网络模型中，以所述一维距离像对应的三维深度图像展平得到的列向量作为输出，对所述神经网络模型进行训练，得到训练好的神经网络模型；

获取待检测场景的一维距离像，转换为列向量后输入所述训练好的神经网络模型中，根据所述训练好的神经网络模型输出的列向量得到所述待检测场景的三维图像。

在其中一个实施例中，还包括：通过第一时钟信号控制单发单收太赫兹雷达在触发模式下采集信号，以使所述单发单收太赫兹雷达每检测到一个下降沿收发信号并保存数据，得到检测场景的一维距离像；

通过第二时钟信号控制飞行时间相机在触发模式下采集信号，以使所述飞行时间相机每检测到一个下降沿采集并保存数据，得到所述检测场景对应的三维深度图像；所述三维深度图像包含了所述检测场景中各点的横纵坐标和深度信息；

所述第一时钟信号与所述第二时钟信号保持同步。

在其中一个实施例中，还包括：将训练集中的一维距离像转换为列向量后输入预先设计的神经网络模型中，以所述一维距离像对应的三维深度图像展平得到的列向量作为输出，对所述神经网络模型进行训练，得到训练好的神经网络模型；所述神经网络为多层感知机的神经网络；所述多层感知机的神经网络包括输入层，三个全连接层和输出层；所述全连接层用于将输入数据的每个点与输出数据的每个点连接起来；每个所述全连接层之后有一个激活函数层。