技术领域
[0001] 本
发明属于三维目标分
块扫描技术领域，特别是一种基于太赫兹孔径编码成像的三维目标分块扫描方法。
背景技术
[0002] 随着社会的发展，雷达高
分辨率成像在确保国家战略安全和促进国民经济发展方面扮演着越来越重要的
角色。光学雷达可前视成像，
波长短，分辨率高，成像速度快，但是依赖于目标
辐射，对烟、尘、雾和障碍物等穿透能
力差，易受环境因素影响。而
微波雷达可主动探测，穿透能力强，但是由于微波
频率低，波长长，角分辨率低，且由于成像原理的限制，需要成像积累时间，无法实现前视高
帧频、高分辨成像。其中
合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)成像虽然能够通过合成孔径获得横向上的高分辨率，但是二者都依赖于雷达与目标的相对运动，无法前视成像，而实孔径阵列雷达与
相控阵雷达由于需要使用的阵元数量多，结构复杂，建设与维护成本高昂。微波关联成像技术能够实现前视、凝视条件下的高分辨成像。其通过构造时间不相关、空间相互
正交的阵列
信号作为发射信号，通过计算推演得到目标所在区域的探测信号，并通过探测信号与目标回波信号之间的关联处理获得目标信息。但是该方法需要在发射端构造较大规模的天线阵列，且难以实现有效实时的波束指向调控。
[0003] 太赫兹孔径编码成像借鉴微波关联成像思想，通过阵列编码孔径对太赫兹波束的实时调制来取代微波关联成像中的雷达阵列，从而形成时-空二维随机分布的辐射场，最后利用探测回波和辐射场参考信号矩阵通过矩阵方程求解的方式实现高分辨、前视和凝视成像，弥补了合成孔径高分辨成像依赖目标运动的不足，实现更复杂多样的空间波调制。相对于传统雷达，太赫兹波具有更高频率和更短波长，使得太赫兹雷达能够提供更大的绝对带宽，在相同孔径天线条件下结合孔径编码技术，更易产生多样性的照射模式和更快的模式切换速度，照射模式越多样则
自由度越高，回波中携带的目标信息越丰富，利用回波进行目标高分辨成像的潜力也就越大。同时，系统收发链路单发单收，易实现小型化。目前该体制下的三维目标成像方法鲜有人研究，主要是针对二维目标进行成像，二维目标成像方法主要分为两种，对于低分辨率小面积二维目标可单次照射直接成像，对于高分辨率大范围二维目标可以进行分块扫描拼接成像。如图1所示为基于太赫兹孔径编码成像体制y方向二维目标高分辨扫描成像方案示意图，图1中大写字母A-D分别代表太赫兹收发天线，阵列编码孔径，二维成像平面和焦平面。
[0004] 阵列编码孔径在竖直方向上均匀分布着P个阵元，阵列编码孔径在
水平方向上均匀分布着Q个阵元，整个阵列编码孔径包含P×Q个阵元。考虑到该成像体制在水平和竖直方向上的工作模式具有对称性，以竖直方向为例进行说明。在竖直方向上，阵列编码孔径第p个阵元加载(1)式的透镜
相位调制因子来控制太赫兹波束照射第n个目标扫描区域：
[0005]
[0006] 其中，fy为透镜的焦距，k＝2πfc/c，fc为太赫兹波的中心频率，c为光速，yp为阵列编码孔径竖直方向上第p个阵元中心点的纵坐标，p＝1,2…P，为阵列编码孔径上透镜相位调制因子的相位中心
位置处的纵坐标。二维成像的焦平面与成像平面平行，透镜焦距可以通过太赫兹收发天线和阵列编码孔径，阵列编码孔径和焦平面之间的相对位置确定。扫描过程中，透镜相位调制因子中的透镜焦距固定不变，通过改变其中的相位中心位置，可以改变太赫兹波束的扫描区域。如图所示，分别加载N个不同的相位调制因子，太赫兹波束可以在成像平面上实现N次扫描，且各扫描区域尺寸完全相同。相邻扫描区域之间无缝拼接，如图1中的扫描区域1和2。
[0007] 但是二维成像中的扫描拼接方法不完全适用于三维目标成像。将图1中的基于太赫兹孔径编码成像体制的二维目标高分辨扫描成像方案移植到三维目标成像中，在三维分块扫描过程中，将整个三维成像区域右侧面看作二维成像平面，通过加载与二维目标高分辨分块扫描成像方案中相同的透镜相位调制因子，可以实现对整个三维成像区域右侧面的无缝遍历扫描，但是该方法存在弊端。如图2所示，图2为Y方向的太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像问题阐述示意图。在太赫兹孔径编码成像体制中，辐射场参考信号矩阵规模受网格单元数量影响，而网格单元数量由网格单元尺寸和目标三维成像范围决定。因此为降低该成像体制对计算机内存配置要求，首先根据太赫兹孔径编码成像系统参数确定其成像分辨率大小，然后再由成像分辨率和三维目标大小将三维成像区域均匀剖分成M×N个三维成像单元，其中在三维成像区域的y方向上剖分成N个三维成像单元，在其x方向上剖分成M个三维成像单元，整个三维成像区域的三维成像单元个数就是M×N。太赫兹波束在照射三维成像单元n时，能够将整个单元都照射到；但是当太赫兹波束照射三维成像单元
1，2和N时，目标扫描单元中的空白区域未被照射到，因此回波中该扫描区域的目标信息不完备。同理，将三维成像区域的左侧面作为二维成像的平面，二维分块扫描方案同样不能够完全
覆盖某些三维成像单元。
[0008] 类似于二维成像平面网格划分，微波关联成像中提出对三维成像区域先沿水平、竖直和距离方向网格剖分，然后构造参考信号矩阵，再进行关联成像处理的方法，同样该方法也适用于太赫兹孔径编码成像。但是该方法针对的是微波段低分辨率成像，网格划分较为稀疏，参考信号矩阵规模相对较小。而针对相对较大体积的三维目标高分辨成像，例如安检成像中的人体，所需构造的参考信号矩阵规模成倍扩大，一方面经过编码孔径的太赫兹波束难以单次照射整个人体，另一方面针对整个人体目标的辐射场参考矩阵规模庞大，成像过程对计算机内存要求太高。因此，亟需一种基于孔径编码成像体制的新的三维目标成像方法。
发明内容
[0009] 目前孔径编码成像体制下的二维成像技术不再适用于三维目标，另外目前可使用的三维成像技术成像分辨率低，成像范围窄，对计算机的系统内存要求高。针对
现有技术存在的上述
缺陷，本发明提供一种太赫兹孔径编码三维目标扫描成像方法。本发明将三维目标所在的整个三维成像区域均匀剖分成尺寸相同的三维成像单元，分别针对每个三维成像单元进行扫描成像，然后将所有三维成像单元的成像结果拼接形成整个三维成像结果。本发明可对近距离三维目标实现前视高分辨成像，可应用于安检与反恐、目标探测与识别等近距成像领域。本发明能够提高三维成像分辨率，扩大三维成像范围，降低对计算机的内存配置要求，提高计算机运行效率。
[0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0011] 一种太赫兹孔径编码三维目标扫描成像方法，包括以下步骤：
[0012] 第一步、确定太赫兹孔径编码成像系统参数并对三维成像区域进行剖分；
[0013] 已知太赫兹孔径编码成像系统参数如下：阵列编码孔径的y方向的竖直高度为h，阵列编码孔径的x方向的横向长度v；太赫兹收发天线和阵列编码孔径之间的距离为a，阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离为b，三维成像区域的厚度为c。
[0014] 根据太赫兹孔径编码成像系统的成像分辨率大小以及三维目标大小将三维成像区域均匀剖分成M×N个三维成像单元，其中在三维成像区域的y方向上剖分成N个三维成像单元，在其x方向上剖分成M个三维成像单元，整个三维成像区域的三维成像单元个数就是M×N。该步骤与背景技术中剖分方法相同。
[0015] 第二步、将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，对于三维成像区域上每一个三维成像单元分别初步求解其y方向(竖直方向)透镜相位调制因子以及x方向(水平方向)透镜相位调制因子，包括y方向数字透镜焦距fy,mn和y方向相位中心位置 以及x方向数字透镜焦距fx,mn和x方向相位中心位置 其中m以及n表示三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元，m＝1,2…M，n＝1,2…N。
[0016] 第三步、判断三维成像区域中各三维成像单元对应的透镜相位调制因子是否需要修正；
[0017] 第四步、对第三步中判断出需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元进行y方向(竖直方向)透镜相位调制因子修正求解以及x方向(水平方向)透镜相位调制因子修正求解，确定其修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn和修正后的y方向的相位中心位置以及修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的x方向的相位中心位置
[0018] 第五步、透镜相位调制因子综合修正
[0019] 为使三维成像单元在x方向和y方向都被太赫兹波束完整覆盖，比较修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn，选择其中较大的作为数字透镜焦距：
[0020] f′＝max(f′x,mn,f′y,mn) (14)
[0021] 太赫兹孔径编码成像系统对三维成像区域进行分块扫描时，太赫兹孔径编码成像系统中阵列编码孔径的第p行，第q列个阵元加载(15)式的透镜相位调制因子Fpq,mn来控制太赫兹波束照射三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元：
[0022]
[0023] 其中：p＝1,2…P，q＝1,2…Q，k＝2πfc/c，fc为太赫兹波的中心频率，c为光速。阵列编码孔径在竖直方向上即y方向上均匀分布着P个阵元，阵列编码孔径在水平方向上即x方向上均匀分布着Q个阵元，整个阵列编码孔径包含P×Q个阵元。(xpq,ypq)为阵列编码孔径第p行，第q列个阵元中心点的坐标位置，p＝1,2…P。
[0024] 本发明第二步中，对于三维成像区域上每一个三维成像单元如第m行第n列个三维成像单元，初步求解其y方向(竖直方向)透镜相位调制因子，包括y方向数字透镜焦距fy,mn和y方向相位中心位置 方法如下：
[0025] 2.1初步求解y方向的数字透镜焦距fy,mn
[0026] 将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，确定太赫兹孔径编码成像系统中的太赫兹收发天线发出的太赫兹波束在各三维成像单元右侧面的覆盖范围Sh。
[0027] 根据三角形相似关系计算各三维成像单元右侧面和二维成像体制下的焦平面(即三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维成像时对应的焦平面)间的距离d：
[0028]
[0029] 接着，根据透镜成像公式计算将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时，第m行第n列个三维成像单元其y方向需要加载的数字透镜焦距fy,mn：
[0030]
[0031] 2.2初步求解y方向的相位中心位置
[0032] 将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时，为实现二维目标分块扫描成像过程中各扫描区域之间的无缝拼接，相邻三维成像单元之间需加载的透镜相位调制因子相位中心位置步进长度 为：
[0033]
[0034] 根据步进长度 可计算三维成像区域第m行第n列个三维成像单元其y方向需加载的相位中心位置
[0035]
[0036] 太赫兹孔径编码成像系统的成像体制在x方向(即水平方向)和y方向(即竖直方向)上的工作模式是相同的，对于三维成像区域上的每个三维成像单元可以采用与2.1以及2.2相同的方法完成初步求解其x方向(水平方向)透镜相位调制因子，包括x方向的数字透镜焦距fx,mn和x方向的相位中心位置
[0037] 本发明第三步中，判断三维成像区域中各三维成像单元对应的透镜相位调制因子是否需要修正的方法如下：
[0038] 在判断各三维成像单元对应的透镜相位调制因子是否需要修正之前，先确定一个灰色区域：设从整个阵列编码孔径沿z轴方向发出平行波束，灰色区域就是该平行波束的覆盖范围，灰色区域y方向的的竖直高度为阵列编码孔径的y方向的竖直高度h，灰色区域的x方向的横向长度即为阵列编码孔径的x方向的横向长度，灰色区域z方向的长度为阵列编码孔径到三维成像区域右侧面之间的距离(即阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离b与三维成像区域的厚度c之和)；
[0039] 当三维成像单元完全处于灰色区域内时，阵列编码孔径需要加载的透镜相位调制因子不需要修正，阵列编码孔径需要加载的透镜相位调制因子与二维目标成像相同，焦平面仍然为与三维成像区域平行的竖直平面。
[0040] 当存在不完全处于灰色区域的三维成像单元时，加载二维扫描成像体制下的透镜相位调制因子不能完整覆盖三维成像区域，需要修正透镜相位调制因子使得太赫兹波束照射到整个三维成像区域。
[0041] 本发明第四步中，对于第三步中判断出需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元(即存在不完全处于灰色区域的三维成像单元)，如三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元不完全处于灰色区域，则对该三维成像单元的透镜相位调制因子进行修正，其中对透镜相位调制因子进行修正包括对y方向的数字透镜焦距的修正、对y方向的相位中心位置的修正、对x方向的数字透镜焦距的修正以及对x方向的相位中心位置的修正，确定其修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn和修正后的y方向的相位中心位置 以及修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的x方向的相位中心位置 在本发明第四步中讨论的三维成像单元都是指不完全处于灰色区域的三维成像单元，对于任一不完全处于灰色区域的三维成像单元如第m行第n列个三维成像单元，采用以下步骤对其透镜相位调制因子进行修正。
[0042] 4.1对三维成像区域上不完全处于灰色区域的三维成像单元进行y方向的数字透镜焦距的修正，求解修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn。
[0043] 将整个三维成像区域的左侧面看作二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，对于任一三维成像区域上不完全处于灰色区域的三维成像单元，如不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元，太赫兹孔径编码成像系统中的太赫兹收发天线发出的太赫兹波束在该不完全处于灰色区域内的三维成像单元(不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元)右侧面的覆盖范围为Sh，太赫兹波束在该不完全处于灰色区域的
[0044] 第m行第n列个三维成像单元左侧面的覆盖范围为s′h；
[0045]
[0046] 设进行透镜相位调制因子修正后得到的三维成像单元左侧面的覆盖范围为sh″，存在关系sh″＝sh′+Δs，Δs可以根据下式进行求解：
[0047]
[0048] 其中hmn为修正前的焦点(即未进行透镜相位调制因子修正前，以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元得到的焦点)的y轴坐标，可根据三角形相似关系求得：
[0049]
[0050] 综合式(6)、(7)和(8)，可以求得s″h。
[0051] 由三角形相似关系求出进行透镜相位调制因子修正后以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时得到的焦点到三维成像区域右侧面的距离为d′
[0052]
[0053] 根据透镜成像公式计算修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn
[0054]
[0055] 4.2对y方向的相位中心位置的修正，求解修正后的y方向的相位中心位置[0056] 修正前、后的太赫兹波束与不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元左侧面上端相交的交点分别和灰色区域的最短竖直距离分别为h1和h1′，类似于sh′和sh″，两者存在关系h1′＝h1+Δs，其中Δs可由式(7)确定。另外，h1可以通过下式求得：
[0057]
[0058] 进行透镜相位调制因子修正后以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元得到的焦点的y轴坐标h′mn为
[0059]
[0060] 根据三角形相似关系，可以求得修正后的y方向的相位中心位置
[0061]
[0062] 4.3太赫兹孔径编码成像系统的成像体制在x方向(即水平方向)和y方向(即竖直方向)上的工作模式是相同的，对于三维成像区域上的每个需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元，采用与4.1以及4.2相同的方法对x方向的数字透镜焦距进行修正以及对x方向的相位中心位置进行修正，确定修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和相位中心位置
[0063] 进一步地，本发明的三维分块扫描过程中，在目标三维成像单元被完全覆盖的同时，相邻的非目标三维成像单元也会被太赫兹波束照射到，这样得到的回波信息是冗余的。可以通过构造囊括冗余信息的辐射场参考信号矩阵进行回波信息重构，然后再将冗余信息去除的方法重构出目标三维成像单元，这样每个单元的重构结果不含冗余信息，最后再将所有单元的重构结果组合获得完整的目标信息。
[0064] 本发明的有益技术效果是：
[0065] 本发明针对太赫兹孔径编码三维目标成像，提出分块扫描拼接的体制，分块扫描可降低成像计算对计算机内存配置要求，另外各三维成像单元成像过程可以并行处理，最后再进行拼接，可在高分辨的前提下有效提高太赫兹孔径编码成像的成像范围和速度，提高了成像效率，降低对计算机内存配置要求，有效提高了计算机运行效率。
[0066] 本发明在分块扫描的过程中，不同于一般的二维分块扫描方法，根据单个三维成像单元的位置，计算更新透镜相位调制因子，可以实现对三维成像单元的完整覆盖，实现对三维成像区域的完备扫描。
[0067] 本发明针对三维成像单元重构过程中，信息冗余的问题，适当扩大辐射场参考信号矩阵规模，然后结合回波向量将冗余信息先重构再剔除，得到纯净的三维成像单元信息，降低了冗余信息对三维重构过程的影响。
附图说明
[0068] 图1是基于太赫兹孔径编码成像体制的二维目标高分辨扫描成像方案示意图。
[0069] 图2是太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像问题阐述示意图。
[0070] 图3是本发明太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像方案的y方向示意图。
[0071] 图4是本发明太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像方案的x方向示意图。
[0072] 图5是本发明提供的具体
实施例的
流程图。
具体实施方式
[0073] 为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0074] 参照图3，图3是本发明太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像方案的y方向示意图。图3中的灰色区域y方向高度为阵列编码孔径y方向的竖直高度为h，灰色区域z方向的长度为阵列编码孔径到三维成像区域右侧面之间的距离(即阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离b与三维成像区域的厚度c之和)。太赫兹收发天线和阵列编码孔径之间的距离为a，阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离为b，三维成像区域厚度为c，三维成像区域右侧面和二维成像体制下的焦平面的距离为d。当三维成像单元分布在灰色区域内时，阵列编码孔径需要加载的y方向透镜相位调制因子与二维目标成像相同，焦平面仍然为与三维成像区域平行的竖直平面。当某一三维成像单元的上端高于或下端低于灰色区域时(即存在三维成像单元不完全处于灰色区域内时)，加载二维扫描成像体制下的y方向的透镜相位调制因子不能在y方向完整覆盖该三维成像单元，需要修正透镜相位调制因子使得太赫兹波束能够在y方向完整的照射到该三维成像单元。如图3所示，y方向的透镜相位调制因子未修正前，太赫兹波束在该不完全处于灰色区域内的三维成像单元右侧面的覆盖范围为Sh，而其左侧面的覆盖范围是sh′。对该三维成像单元的y方向透镜相位调制因子进行修正后，使得该三维成像单元左侧面的波束覆盖范围为sh″，这样太赫兹波在y方向可照射到整个该三维成像单元，修正后的焦点到该三维成像单元右侧面的距离为d′。hmn、h′mn分别为修正前、后的焦点的y轴坐标。h1、h1′分别为修正前、后太赫兹波束与该不完全处于灰色区域内的三维成像单元左侧面的交点和灰色区域的最小竖直距离。图3中给出的是三维成像单元上端高于灰色区域的情况。
[0075] 参照图4，图4是本发明太赫兹孔径编码三维目标高分辨分块扫描成像方案的x方向示意图。图4中的灰色区域x方向长度为阵列编码孔径的x方向的横向长度v，灰色区域z方向的长度为阵列编码孔径到三维成像区域右侧面之间的距离(即阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离b与三维成像区域的厚度c之和)。太赫兹收发天线和阵列编码孔径之间的距离为a，阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离为b，三维成像区域厚度为c，三维成像区域右侧面和二维成像体制下的焦平面的距离为d。当三维成像单元分布在灰色区域内时，阵列编码孔径需要加载的x方向的透镜相位调制因子与二维目标成像相同，焦平面仍然为与三维成像区域平行的竖直平面。当某一三维成像单元的不完全处于灰色区域内时，加载二维扫描成像体制下的x方向的透镜相位调制因子不能在x方向完整覆盖该三维成像单元，需要修正透镜相位调制因子使得太赫兹波束能够完整的照射到该三维成像单元。如图4所示，x方向的透镜相位调制因子未修正前，太赫兹波束在该不完全处于灰色区域内的三维成像单元右侧面的覆盖范围为Sv，而其左侧面的覆盖范围是sv′。对该三维成像单元的x方向透镜相位调制因子进行修正后，使得该三维成像单元左侧面的波束覆盖范围为sv″，这样太赫兹波在x方向的可照射到整个该三维成像单元，修正后的焦点到该三维成像单元右侧面的距离为d′。vmn、v′mn分别为修正前、后的焦点的z轴坐标。v1、v1′分别为修正前、后太赫兹波束与该不完全处于灰色区域内的三维成像单元左侧面的交点和灰色区域的最小水平距离。图4中给出的是三维成像单元上端高于灰色区域的情况。
[0076] 透镜相位调制因子由加载的数字透镜焦距和相位中心位置决定，因此核心在于求出修正后的数字透镜焦距和相位中心位置。
[0077] 参照图5，为本发明的流程图，包括以下步骤：
[0078] 第一步、确定太赫兹孔径编码成像系统参数并对三维成像区域进行剖分；
[0079] 已知太赫兹孔径编码成像系统参数如下：阵列编码孔径的y方向的竖直高度为h，阵列编码孔径的x方向的横向长度v；太赫兹收发天线和阵列编码孔径之间的距离为a，阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离为b，三维成像区域的厚度为c。
[0080] 根据太赫兹孔径编码成像系统的成像分辨率大小以及三维目标大小将三维成像区域均匀剖分成M×N个三维成像单元，其中在三维成像区域的y方向上剖分成N个三维成像单元，在其x方向上剖分成M个三维成像单元，整个三维成像区域的三维成像单元个数就是M×N。该步骤与背景技术中剖分方法相同。
[0081] 第二步、将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，对于三维成像区域上每一个三维成像单元分别初步求解其y方向(竖直方向)透镜相位调制因子以及x方向(水平方向)透镜相位调制因子，包括y方向数字透镜焦距fy,mn和y方向相位中心位置 以及x方向数字透镜焦距fx,mn和x方向相位中心位置 其中m以及n表示三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元，m＝1,2…M，n＝1,2…N。
[0082] 太赫兹孔径编码成像系统的成像体制在x方向(即水平方向)和y方向(即竖直方向)上的工作模式是相同的。因此初步求解y方向(竖直方向)透镜相位调制因子与初步求解x方向(水平方向)透镜相位调制因子的方法相同。下面以初步求解y方向(竖直方向)透镜相位调制因子为例，说明其具体的求解过程：
[0083] 对于三维成像区域上任一个三维成像单元如第m行第n列个三维成像单元，初步求解其y方向(竖直方向)透镜相位调制因子，包括y方向数字透镜焦距fy,mn和y方向相位中心位置 方法如下：
[0084] 2.1初步求解y方向的数字透镜焦距fy,mn
[0085] 将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，确定太赫兹孔径编码成像系统中的太赫兹收发天线发出的太赫兹波束在各三维成像单元右侧面的覆盖范围Sh。
[0086] 根据三角形相似关系计算各三维成像单元右侧面和二维成像体制下的焦平面(即三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维成像时对应的焦平面)间的距离d：
[0087]
[0088] 接着，根据透镜成像公式计算将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时，第m行第n列个三维成像单元其y方向需要加载的数字透镜焦距fy,mn：
[0089]
[0090] 2.2初步求解y方向的相位中心位置
[0091] 将三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时，为实现二维目标分块扫描成像过程中各扫描区域之间的无缝拼接，相邻三维成像单元之间需加载的透镜相位调制因子相位中心位置步进长度 为：
[0092]
[0093] 根据步进长度 可计算三维成像区域第m行第n列个三维成像单元其y方向需加载的相位中心位置
[0094]
[0095] 对于三维成像区域上的每个三维成像单元可以采用与2.1以及2.2相同的方法完成初步求解其x方向(水平方向)透镜相位调制因子，包括x方向的数字透镜焦距fx,mn和x方向的相位中心位置
[0096] 第三步、判断三维成像区域中各三维成像单元对应的透镜相位调制因子是否需要修正。
[0097] 在判断各三维成像单元对应的透镜相位调制因子是否需要修正之前，先确定一个灰色区域：设从整个阵列编码孔径沿z轴方向发出平行波束，灰色区域就是该平行波束的覆盖范围，灰色区域y方向的的竖直高度为阵列编码孔径的y方向的竖直高度h，灰色区域的x方向的横向长度即为阵列编码孔径的x方向的横向长度，灰色区域z方向的长度为阵列编码孔径到三维成像区域右侧面之间的距离(即阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离b与三维成像区域的厚度c之和)；
[0098] 当三维成像单元完全处于灰色区域内时，阵列编码孔径需要加载的透镜相位调制因子不需要修正，阵列编码孔径需要加载的透镜相位调制因子与二维目标成像相同，焦平面仍然为与三维成像区域平行的竖直平面。
[0099] 当存在不完全处于灰色区域的三维成像单元时，加载二维扫描成像体制下的透镜相位调制因子不能完整覆盖三维成像区域，需要修正透镜相位调制因子使得太赫兹波束照射到整个三维成像区域。
[0100] 第四步、对第三步中判断出需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元进行y方向(竖直方向)透镜相位调制因子修正求解以及x方向(水平方向)透镜相位调制因子修正求解，确定其修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn和修正后的y方向的相位中心位置以及修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的x方向的相位中心位置
[0101] 对于第三步中判断出需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元(即存在不完全处于灰色区域的三维成像单元)，如三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元不完全处于灰色区域，则对该三维成像单元的透镜相位调制因子进行修正，其中对透镜相位调制因子进行修正包括对y方向的数字透镜焦距的修正、对y方向的相位中心位置的修正、对x方向的数字透镜焦距的修正以及对x方向的相位中心位置的修正，确定其修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn和修正后的y方向的相位中心位置 以及修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的x方向的相位中心位置
[0102] 4.1对三维成像区域上不完全处于灰色区域的三维成像单元进行y方向的数字透镜焦距的修正，求解修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn。
[0103] 将整个三维成像区域的左侧面看作二维成像平面进行y方向的太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像，对于任一三维成像区域上不完全处于灰色区域的三维成像单元，如不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元，太赫兹孔径编码成像系统中的太赫兹收发天线发出的太赫兹波束在该不完全处于灰色区域内的三维成像单元右侧面的覆盖范围为Sh，太赫兹波束在该不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元左侧面的覆盖范围为sh′；
[0104]
[0105] 设进行透镜相位调制因子修正后得到的三维成像区域左侧面的覆盖范围为sh″，存在关系sh″＝sh′+Δs，Δs可以根据下式进行求解：
[0106]
[0107] 其中hmn为修正前的焦点(即未进行透镜相位调制因子修正前，以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元得到的初始焦点)的y轴坐标，可根据三角形相似关系求得：
[0108]
[0109] 综合式(6)、(7)和(8)，可以求得sh″。
[0110] 由三角形相似关系求出进行透镜相位调制因子修正后以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时得到的焦点到三维成像区域右侧面的距离为d′
[0111]
[0112] 根据透镜成像公式计算修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn
[0113]
[0114] 4.2对y方向的相位中心位置的修正，求解修正后的y方向的相位中心位置[0115] 修正前、后的太赫兹波束与不完全处于灰色区域的第m行第n列个三维成像单元左侧面上端相交的交点分别和灰色区域的最短竖直距离分别为h1和h1′，类似于sh′和sh″，两者存在关系h1′＝h1+Δs，其中Δs可由式(7)确定。另外，h1可以通过下式求得：
[0116]
[0117] 进行透镜相位调制因子修正后以三维成像区域的右侧面作为二维成像平面进行太赫兹孔径编码二维目标分块扫描成像时三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元得到的焦点的y轴坐标h′mn为
[0118]
[0119] 根据三角形相似关系，可以求得修正后的y方向的相位中心位置
[0120]
[0121] 太赫兹孔径编码成像系统的成像体制在x方向(即水平方向)和y方向(即竖直方向)上的工作模式是相同的，对于三维成像区域上的每个需要进行透镜相位调制因子修正的三维成像单元，采用与4.1以及4.2相同的方法对x方向的数字透镜焦距进行修正以及对x方向的相位中心位置进行修正，确定修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和相位中心位置[0122] 第五步、透镜相位调制因子综合修正
[0123] 为使三维成像单元在x方向和y方向都被太赫兹波束完整覆盖，比较修正后的x方向的数字透镜焦距f′x,mn和修正后的y方向的数字透镜焦距f′y,mn，选择其中较大的作为数字透镜焦距：
[0124] f′＝max(f′x,mn,f′y,mn) (14)
[0125] 太赫兹孔径编码成像系统对三维成像区域进行分块扫描时，太赫兹孔径编码成像系统中阵列编码孔径的第p行，第q列个阵元加载(15)式的透镜相位调制因子Fpq,mn来控制太赫兹波束照射三维成像区域上第m行第n列个三维成像单元：
[0126]
[0127] 其中：p＝1,2…P，q＝1,2…Q，k＝2πfc/c，fc为太赫兹波的中心频率，c为光速。阵列编码孔径在竖直方向上即y方向上均匀分布着P个阵元，阵列编码孔径在水平方向上即x方向上均匀分布着Q个阵元，整个阵列编码孔径包含P×Q个阵元。(xpq,ypq)为阵列编码孔径第p行，第q列个阵元中心点的坐标位置，p＝1,2…P。
[0128] 进一步地，本发明的三维分块扫描过程中，在目标三维成像单元被完全覆盖的同时，相邻的非目标三维成像单元也会被太赫兹波束照射到，这样得到的回波信息是冗余的。可以通过构造囊括冗余信息的辐射场参考信号矩阵进行回波信息重构，然后再将冗余信息去除的方法重构出目标三维成像单元，这样每个单元的重构结果不含冗余信息，最后再将所有单元的重构结果组合获得完整的目标信息。
[0129] 下面针对太赫兹孔径编码成像系统，给定系统参数，通过计算仿真的方式得到本发明中的透镜相位调制因子核心参数，验证本发明所述方法的实用性。
[0130] 确定阵列编码孔径竖直方向上的高度h＝0.50m，水平方向上的宽度也为0.5m，竖直方向上包含25行阵元，水平方向上包含25列阵元，共有625个阵元。太赫兹收发天线和阵列编码孔径的水平间距a＝0.25m，阵列编码孔径和三维成像区域左侧面的距离b＝0.75m,三维成像区域的厚度为c＝0.25m，三维成像区域在xoy平面上的投影范围为1.8m×1.8m，设定三维成像单元右侧面尺寸s＝0.1m。
[0131] 首相将三维成像区域沿横向和纵向分割成18×18＝324个三维成像单元，对于第9行第10列的三维成像单元，根据本发明的方法确定其透镜相位调制因子核心参数数字透镜焦距和相位中心位置。判断可知该三维成像单元在灰色区域内，直接计算可以得到数字透镜焦距和相位中心位置分别为0.2065m和(-0.0109m,0.0109m)。
[0132] 对于第4行第5列的三维成像单元，判断可知该三维成像单元不在灰色区域内，分别计算x方向和y方向的数字透镜焦距和相位中心位置，得到fx′＝0.2127m，fy′＝0.2153m和(0.0978m,0.1196m)。又根据步骤2选择较大的透镜焦距可以确定修正后的数字透镜焦距和相位中心位置为0.2153m和(0.0978m,0.1196m)。
[0133] 根据本发明提供的上述方法可以分别计算各三维成像单元对应的透镜相位调制因子，分块扫描结束后再按本发明提出的方法去除冗余信息，拼接得到完整的三维成像目标。
[0134] 综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视
权利要求书界定的范围为准。
