一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法及系统与流程

1.本发明涉及毫米波成像技术领域，特别涉及一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法及系统。


背景技术：

2.毫米波成像技术在机场、火车站、地铁、公安检查站等需要安全检查的场所具有广泛的应用。常见的毫米波成像技术主要采用两维毫米波稀疏阵列成像体制，采用全电子开关大规模收发阵元采集被检目标的回波信号，具有获取回波信号的速度快、效率高的特点，特别适用于大客流、通过式的安检场景。在实际成像应用中，输入到重建算法中的坐标系数均为理想设计的坐标系数，在空间排布大规模收发阵元时，难以保证收发阵元的位置能够按照理想坐标排布，存在一定的结构误差，而结构误差的存在会导致重建图像精度的损失，如果误差较大的话还会影响图像聚焦的效果，进一步影响目标检测模块的检出率和误报率。为了确保重建图像的精度和聚焦效果，需要输入实际阵元坐标系数。
3.目前，在工程中可以采用大型三坐标测量仪逐个测量收发阵元的实际位置坐标，进而计算出实际阵元的坐标系数，但是每台毫米波产品在出厂时都需要采用测量仪测量，一方面两维稀疏阵列收发阵元规模较大，测量起来比较耗时，生产效率较低，另一方面测量仪的成本也较高，生产成本较高。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法及系统，能够根据软件算法计算出的两维稀疏阵列阵元的坐标系数优化对理想坐标系数，得到近似的实际阵元坐标系数，从而减低结构实现的误差，改善重建图像的精度和聚焦效果。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，包括：
6.s1：配置模拟退火初始参数，所述模拟退火初始参数包括退火初始温度、退火终止温度、温度变化率、优化系数差值门限、结构设计误差范围；
7.s2：确定收发阵元坐标索引值，根据所述收发阵元坐标索引值从毫米波稀疏阵列的收发阵元中确定待处理的目标收发阵元，并确定所述目标收发阵元的理想坐标值，其中，目标收发阵元的理想坐标值为(x
t
，y
t
，xr，yr)，(x
t
，y
t
)发射阵元的坐标值，(xr，yr)为接收阵元的坐标值，所述收发阵元坐标索引值为(i，j)，i表示发射阵元索引值，且满足i＝1，2，3
…nt
，j表示表示接收阵元索引值，且满足j＝1，2，3...nr，n
t
表示发射阵元数量，nr表示接收阵元数量；
8.s3：配置用于迭代的模拟退火温度和优化系数差值门限判定条件，其中，当前的模拟退火温度根据上一次迭代的模拟退火温度与所述温度变化率得到，首次迭代的模拟退火温度为t＝ts×
α，ts为所述退火初始温度，α为所述温度变化率，所述优化系数差值门限判定
条件为ε0≥ε，ε0为预设的初始化优化系数差值，ε为所述优化系数差值门限；
9.s4：配置马尔可夫链长度和马尔可夫迭代索引值，其中，所述马尔可夫迭代索引值l＝1，2，3...l，l为所述马尔可夫链长度；
10.s5：随机设置方位维度和竖直维度的收发阵元坐标误差值，并代入所述目标收发阵元的理想坐标值得到当前的收发阵元坐标临时值；
11.s6：根据所述收发阵元坐标临时值，对所述毫米波稀疏阵列的金属小球阵列进行成像，得到图像重建结果，其中，所述金属小球阵列预先部署于所述毫米波稀疏阵列的成像视场中心，单个金属小球位于所述毫米波稀疏阵列的子阵单元的中心位置；
12.s7：根据预设的评价准则对所述图像重建结果进行评价；
13.s8：返回步骤s4，更改马尔可夫链长度迭代索引值，获得更新的收发阵元坐标临时值，根据metropolis准则和所述图像重建结果得到更优的收发阵元坐标误差值；
14.s9：重复步骤s4至s8，直到迭代次数到达所述马尔可夫链长度；
15.s10：重复步骤s3至s9，直到所述模拟退火温度达到所述退火终止温度和不满足所述优化系数差值门限的判定条件，将当前的所述收发阵元坐标误差值确定为最优误差值，根据所述最优误差值将所述目标收发阵元的理想坐标值更新为最优收发阵元坐标值；
16.s11：更改所述收发阵元坐标索引以确定下一个待处理的目标收发阵元，返回执行步骤s2，直至遍历完毫米波稀疏阵列的所有收发阵元，其中，在遍历过程中，先对接收阵元进行索引，再对发射阵元进行索引；
17.s12：将全部所述最优收发阵元坐标值确定为目标成像的毫米波稀疏阵列的坐标值。
18.根据本发明的一些实施例，步骤s5包括：
19.根据所述结构设计误差范围计算出所述收发阵元坐标误差值，其中，所述收发阵元坐标误差值满足δ为所述结构设计误差范围，中的数值为0至1的随机数，为所述收发阵元坐标索引值为(i,j)时的所述收发阵元坐标误差值，对所述接收阵元进行索引时为对所述发射阵元索引时为
20.将所述收发阵元坐标误差值代入所述目标收发阵元的理想坐标值，得到当前的收发阵元坐标临时值，所述当前的收发阵元坐标临时值满足坐标临时值，所述当前的收发阵元坐标临时值满足其中，为收发阵元坐标索引值为(i,j)且马尔可夫迭代索引值为l时的所述收发阵元坐标临时值。
21.根据本发明的一些实施例，步骤s6执行对所述毫米波稀疏阵列的金属小球阵列进行成像之前，所述方法还包括：
22.将所述目标收发阵元的坐标更新为所述收发阵元坐标临时值将所述毫米波稀疏阵列的其余的收发阵元的坐标值维持为所述理想坐标
值，得到新的收发阵元坐标临时值为(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)。
23.根据本发明的一些实施例，所述金属小球阵列中每个金属小球的直径相同，所述金属小球的空间排布坐标表示为：
[0024][0025]
其中，表示所述子阵单元中第一个接收阵元x维度坐标，表示所述子阵单元中最后一个接收阵元x维度坐标；表示所述子阵单元中第一个发射阵元y维度坐标，表示所述子阵单元中最后一个发射阵元y维度坐标。
[0026]
根据本发明的一些实施例，步骤s6的图像成像通过预设的时域相关算法得到，图像成像结果表示为以下表达式：
[0027][0028]
其中，为毫米波成像系统回波数据，k＝2
×
π
×
f/c表示频率维度波数值，f为毫米波系统发射信号的频率，f∈[f
min
,f
max
]，f
min
为发射信号最小频率值，f
max
为发射信号最大频率值，nf表示发射信号频率的离散值；c为电磁波在自由空间中的传播速度；表示所述收发阵元坐标临时值中发射阵元的坐标值(c
′
t
,y
′
t
)到所划分成像网格坐标(x,y,z)的斜距；表示所述的接收阵元坐标临时值(x
′r,y
′r)到所划分成像网格坐标(x,y,z)的斜距；σ(x,y,z)表示重建的图像结果，成像网格坐标(x,y,z)采用离散值表示为(xm,y
p
,zq)，)，表示所划分x维度成像网格坐标最小值，表示所划分x维度成像网格坐标最大值，m＝1,2,3
…
m表示所划分x维度成像网格坐标索引值，δx表示所划分x维度成像网格坐标间隔；δx表示所划分x维度成像网格坐标间隔；表示所划分y维度成像网格坐标最小值，表示所划分y维度成像网格坐标最大值，p＝1,2,3
…
p表示所划分y维度成像网格坐标索引值，δy表示所划分y维度成像网格坐标间隔；分y维度成像网格坐标间隔；表示所划分z维度成像网格坐标最小值，表示所划分z维度成像网格坐标最大值，q＝1,2,3
…
q表示所划分z维度成像网格坐标索引值，δz表示所划分z维度成像网格坐标间隔。
[0029]
根据本发明的一些实施例，所述评价准则为雷尼熵，所述雷尼熵的数值大小与图像聚焦的效果成反比，步骤s8包括：
[0030]
将马尔可夫链长度迭代索引值加一；
[0031]
获得更新的收发阵元坐标临时值和对应重建图像的所述雷尼熵；
[0032]
根据metropolis准则和两次迭代得到的所述雷尼熵中选择出更佳的雷尼熵，将所述更佳的雷尼熵对应的所述收发阵元坐标误差值确定为所述更优的收发阵元坐标误差值。
[0033]
根据本发明的一些实施例，所述根据metropolis准则和两次迭代得到的所述雷尼熵中选择出更优的雷尼熵，包括：
[0034]
当p
l+1
《p
l
，则p
new
＝p
l+1
，并存储上一次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l
，其中，p
l+1
为本次马尔可夫迭代得到的雷尼熵，p
l
为上一次马尔可夫迭代得到的雷尼熵，p
new
为更佳的雷尼熵；
[0035]
或者，当p
l+1
》p
l
，计算概率取随机数0《p《1，当p《pr时将当前p
l+1
更新为新值p
new
＝p
l+1
，存储本次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l+1
，否则保留原始值p
new
＝p
l
，存储上一次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l
。
[0036]
第二方面，本发明实施例提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置，包括少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述第一方面所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法。
[0037]
第三方面，本发明实施例提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化系统，包括有如上述第二方面所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置。
[0038]
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第一方面所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法。
[0039]
根据本发明实施例的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，至少具有如下有益效果：针对毫米波稀疏阵列的大规模收发阵元在结构设计上难以保证位于理想坐标位置处，导致存在一定程度位置误差的情况，本实施例通过结合模拟退火算法和毫米波稀疏阵列成像技术，对毫米波稀疏阵列的收发阵元逐个处理，采用评价指标衡量图像结果的好坏，从而得出每个阵元的坐标误差，以软件算法将收发阵元的理想坐标进行优化，使其接近于实际坐标，提高毫米波稀疏阵列的成像精度和成像质量，且无需付出额外硬件成本，从而降低企业硬件开发成本和提高产品的生产效率，在本方法优化坐标的基础上，所成图像具备更高的精度和具备更好的聚焦效果。
附图说明
[0040]
图1是本发明一个实施例提供的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法的流程图；
[0041]
图2是本发明另一个实施例提供的优化的两维稀疏排布阵列构型的界面示意图；
[0042]
图3是本发明另一个实施例提供的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置的结构图。
具体实施方式
[0043]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0044]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0046]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0047]
本发明实施例提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法及系统，其中，根据本实施例的技术方案，针对毫米波稀疏阵列的大规模收发阵元在结构设计上难以保证位于理想坐标位置处，导致存在一定程度位置误差的情况，本实施例通过结合模拟退火算法和毫米波稀疏阵列成像技术，对毫米波稀疏阵列的收发阵元逐个处理，采用评价指标衡量图像结果的好坏，从而得出每个阵元的坐标误差，以软件算法将收发阵元的理想坐标进行优化，使其接近于实际坐标，提高毫米波稀疏阵列的成像精度和成像质量，且无需付出额外硬件成本，从而降低企业硬件开发成本和提高产品的生产效率，在本方法优化坐标的基础上，所成图像具备更高的精度和具备更好的聚焦效果。
[0048]
下面结合附图，对本发明实施例的控制方法作进一步阐述。
[0049]
参照图1，图1为本发明实施例提供的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法的流程图，该方法包括但不限于有以下步骤：
[0050]
s1：配置模拟退火初始参数，模拟退火初始参数包括退火初始温度、退火终止温度、温度变化率、优化系数差值门限、结构设计误差范围；
[0051]
s2：确定收发阵元坐标索引值，根据收发阵元坐标索引值从毫米波稀疏阵列的收发阵元中确定待处理的目标收发阵元，并确定目标收发阵元的理想坐标值，其中，目标收发阵元的理想坐标值为(x
t
，y
t
，xr，yr)，(x
t
，y
t
)发射阵元的坐标值，(xr，yr)为接收阵元的坐标值，收发阵元坐标索引值为(i，j)，i表示发射阵元索引值，且满足i＝1,2,3...n
t
，j表示表示接收阵元索引值，且满足j＝1,2,3...nr，n
t
表示发射阵元数量，nr表示接收阵元数量；
[0052]
s3：配置用于迭代的模拟退火温度和优化系数差值门限判定条件，其中，当前的模拟退火温度根据上一次迭代的模拟退火温度与温度变化率得到，首次迭代的模拟退火温度为t＝ts×
α，ts为退火初始温度，α为温度变化率，优化系数差值门限判定条件为ε0≥ε，ε0为预设的初始化优化系数差值，ε为优化系数差值门限；
[0053]
s4：配置马尔可夫链长度和马尔可夫迭代索引值，其中，马尔可夫迭代索引值l＝1,2,3...l，l为马尔可夫链长度；
[0054]
s5：随机设置方位维度和竖直维度的收发阵元坐标误差值，并代入目标收发阵元的理想坐标值得到当前的收发阵元坐标临时值；
[0055]
s6：根据收发阵元坐标临时值，对毫米波稀疏阵列的金属小球阵列进行成像，得到图像重建结果，其中，金属小球阵列预先部署于毫米波稀疏阵列的成像视场中心，单个金属
小球位于毫米波稀疏阵列的子阵单元的中心位置；
[0056]
s7：根据预设的评价准则对图像重建结果进行评价；
[0057]
s8：返回步骤s4，更改马尔可夫链长度迭代索引值，获得更新的收发阵元坐标临时值，根据metropolis准则和图像重建结果得到更优的收发阵元坐标误差值；
[0058]
s9：重复步骤s4至s8，直到迭代次数到达马尔可夫链长度；
[0059]
s10：重复步骤s3至s9，直到模拟退火温度达到退火终止温度和不满足优化系数差值门限的判定条件，将当前的收发阵元坐标误差值确定为最优误差值，根据最优误差值将目标收发阵元的理想坐标值更新为最优收发阵元坐标值；
[0060]
s11：更改收发阵元坐标索引以确定下一个待处理的目标收发阵元，返回执行步骤s2，直至遍历完毫米波稀疏阵列的所有收发阵元，其中，在遍历过程中，先对接收阵元进行索引，再对发射阵元进行索引；
[0061]
s12：将全部最优收发阵元坐标值确定为目标成像的毫米波稀疏阵列的坐标值。
[0062]
需要说明的是，毫米波稀疏阵列以两维稀疏阵列为例，如图2所示，图2为本实施例提供的优化的阵元坐标的两维稀疏排布阵列构型的示意图，发射阵元间距为d
t
＝6.4mm，接收阵元间距为dr＝6.4mm，发射阵元数为n
t
＝352，接收阵元数为nr＝352，a表示为子阵单元，子阵单元内部包括发射阵元22个，接收阵元22个；整个两维稀疏排布阵列构型共有num＝16个子阵单元a。
[0063]
下面结合图2所示的结构，对本实施例的技术方案进行示例性说明：
[0064]
优化开始，设置退火初始温度ts＝100、退火终止温度te＝1、温度变化率α＝0.02、优化系数差值门限ε＝1
×
10
12
、结构设计误差范围δ＝0.5mm等模拟退火初始参数；
[0065]
然后，在收发阵元理想设计坐标值(x
t
,y
t
,xr,yr)中按照发射阵元和接收阵元索引值(i,j)划分选定初始坐标值，其中i＝1,2,3
…nt
表示发射阵元索引值；j＝1,2,3
…
nr表示接收阵元索引值；n
t
表示发射阵元数量，nr表示接收阵元数量，总收发对数量为n
t
×
nr，后续索引时先对接收阵元索引值j索引，再对发射阵元索引值i索引，直到遍历完所有收发阵元n
t
×
nr。
[0066]
退火温度开始迭代，首次迭代的当前温度设置为t＝ts×
α，并设置初始优化系数差值为ε0＝1，和优化系数差值门限的判定条件ε0≥ε。
[0067]
然后，设置马尔可夫链长度为l，迭代索引值l＝1,2,3
…
l，选定初始索引值l。
[0068]
然后，随机设置方位维度和竖直维度的收发阵元坐标误差值，并将收发阵元坐标误差值代入目标收发阵元的理想坐标得到当前的收发阵元坐标临时值；生成0至1的随机数并根据结构设计误差范围δ，分别计算得出方位维度和竖直维度阵元坐标误差值其中，当对接收阵元索引时为当对发射阵元索引时为将所述误差值代入理想坐标中得到当前收发阵元坐标临时值
[0069]
然后，在稀疏阵列成像视场中心，放置金属小球阵列；单个金属小球位于两维稀疏阵列中子阵单元的中心位置；两维稀疏阵列共有num＝16个子阵单元，因此金属小球阵列中
共有16个等间距排布的金属小球；金属小球直径为d＝6mm，在空间排布坐标表示为(x,y,z)＝＝表示子阵单元中第一个接收阵元x维度坐标，表示子阵单元中最后一个接收阵元x维度坐标；表示子阵单元中第一个发射阵元y维度坐标，表示子阵单元中最后一个发射阵元y维度坐标；z0＝0.5m为金属小球阵面与两维稀疏阵面在距离维度的中心间，根据收发阵元坐标临时值对金属小球阵列成像，将所述的当前收发阵元的坐标更新为收发阵元坐标临时值其他收发阵元坐标值保持理想坐标值，得到新的收发阵元坐标临时值为(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)。
[0070]
示例性的，本实施例的图像重建成像方法可以采用常见的时域相关算法，图像重建结果表示为其中为毫米波成像系统回波数据，k＝2
×
π
×
f/c表示频率维度波数值，f为毫米波系统发射信号的频率，f∈[f
min
,f
max
]，f
min
为发射信号最小频率值，f
max
为发射信号最大频率值，nf＝121表示发射信号频率的离散值；c＝3
×
108为电磁波在自由空间中的传播速度；表示所述的发射阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
)到所划分成像网格坐标(x,y,z)的斜距；表示所述的接收阵元坐标临时值(x
′r,y
′r)到所划分成像网格坐标(x,y,z)的斜距；σ(x,y,z)表示重建的图像结果。
[0071]
成像网格坐标(x,y,z)采用离散值表示为(xm,y
p
,zq)；其中)；其中表示所划分x维度成像网格坐标最小值，表示所划分x维度成像网格坐标最大值，m＝1,2,3
…
m表示所划分x维度成像网格坐标索引值，δx表示所划分x维度成像网格坐标间隔；δx表示所划分x维度成像网格坐标间隔；表示所划分y维度成像网格坐标最小值，表示所划分y维度成像网格坐标最大值，p＝1,2,3
…
p表示所划分y维度成像网格坐标索引值，δy表示所划分y维度成像网格坐标间隔；分y维度成像网格坐标间隔；表示所划分z维度成像网格坐标最小值，表示所划分z维度成像网格坐标最大值；δz＝0.01m表示所划分z维度成像网格坐标间隔；q＝1,2,3
…
q表示所划分z维度成像网格坐标索引值，
[0072]
然后，采用雷尼熵p
entropy
作为所述重建图像σ(x,y,z)聚焦程度的衡量标准，得出当前的雷尼熵参数值p
l
；雷尼熵其中α》0为
雷尼熵序参数，n
img
＝m
×
p
×
q为所述重建图像σ(x,y,z)的像素数目；雷尼熵的参数值越小表示图像聚焦效果越好。
[0073]
然后，更改马尔可夫链长度迭代索引值l＝l+1，获得更新的收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l+1
，和对应重建图像的雷尼熵参数值p
l+1
；采用metropolis准则在[p
l
,p
l+1
]中选择出更佳的雷尼熵参数值。采用metropolis准则选择方法如下，如果p
l+1
《p
l
则接受当前雷尼熵参数为最优值p
new
＝p
l+1
并存储对应的收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l
，；如果p
l+1
》p
l
，计算概率取随机数0《p《1，当p《pr时将当前p
l+1
更新为新值p
new
＝p
l+1
，(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
new
＝(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l+1
；否则保留原始值p
new
＝p
l
，(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
new
＝(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
l
。
[0074]
然后，继续迭代直到马尔可夫链迭代次数到达马尔可夫链长度l；在每次迭代过程中，获得新的雷尼熵参数和收发阵元坐标临时值与上次迭代结束所获得的雷尼熵参数p
new
和收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
new
在metropolis准则下优选，从而获得更新的p
new
和(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
new
；而在上次迭代过程中获得的上次迭代结束所获得的雷尼熵参数p
new
和收发阵元坐标临时值(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
new
就更新为p
pre_new
和(x
′
t
,y
′
t
,x
′r,y
′r)
pre_new
。
[0075]
然后，模拟退火温度值更新，直到模拟退火温度达到终止温度和不满足优化系数差值门限的判定条件ε0＝|p
new-p
pre_new
|≥ε时，就退出循环迭代过程，存储当前收发阵元最优误差值并更新坐标理想值(x
t
,y
t
,xr,yr)；
[0076]
然后，更改收发阵元索引值，直到遍历完所有收发阵元，得到对应收发阵元最优误差值，并更新坐标理想值(x
t
,y
t
,xr,yr)；
[0077]
最后，存储最优收发阵元坐标值(x
t
,y
t
,xr,yr)
opt
，并以此坐标为对目标成像的坐标值。
[0078]
如图3所示，图3是本发明一个实施例提供的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置的结构图。本发明还提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置，包括：
[0079]
处理器301，可以采用通用的中央处理器(central processing unit，cpu)、微处理器、应用专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本技术实施例所提供的技术方案；
[0080]
存储器302，可以采用只读存储器(read only memory，rom)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(random access memory，ram)等形式实现。存储器302可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器302中，并由处理器301来调用执行本技术实施例的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法；
[0081]
输入/输出接口303，用于实现信息输入及输出；
[0082]
通信接口304，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如usb、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信；
[0083]
总线305，在设备的各个组件(例如处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304)之间传输信息；
[0084]
其中处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304通过总线305实现
彼此之间在设备内部的通信连接。
[0085]
本技术实施例还提供了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化系统，包括如上所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置。
[0086]
本技术实施例还提供了一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法。
[0087]
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，实现了以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0088]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0089]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，包括：s1：配置模拟退火初始参数，所述模拟退火初始参数包括退火初始温度、退火终止温度、温度变化率、优化系数差值门限、结构设计误差范围；s2：确定收发阵元坐标索引值，根据所述收发阵元坐标索引值从毫米波稀疏阵列的收发阵元中确定待处理的目标收发阵元，并确定所述目标收发阵元的理想坐标值，其中，目标收发阵元的理想坐标值为(x
t
，y
t
，x
r
，y
r
)，(x
t
，y
t
)发射阵元的坐标值，(x
r
，y
r
)为接收阵元的坐标值，所述收发阵元坐标索引值为(i，j)，i表示发射阵元索引值，且满足i＝1，2，3...n
t
，j表示表示接收阵元索引值，且满足j＝1，2，3...n
r
，n
t
表示发射阵元数量，n
r
表示接收阵元数量；s3：配置用于迭代的模拟退火温度和优化系数差值门限判定条件，其中，当前的模拟退火温度根据上一次迭代的模拟退火温度与所述温度变化率得到，首次迭代的模拟退火温度为t＝t
s
×
α，t
s
为所述退火初始温度，α为所述温度变化率，所述优化系数差值门限判定条件为ε0≥ε，ε0为预设的初始化优化系数差值，ε为所述优化系数差值门限；s4：配置马尔可夫链长度和马尔可夫迭代索引值，其中，所述马尔可夫迭代索引值l＝1，2，3...l，l为所述马尔可夫链长度；s5：随机设置方位维度和竖直维度的收发阵元坐标误差值，并代入所述目标收发阵元的理想坐标值得到当前的收发阵元坐标临时值；s6：根据所述收发阵元坐标临时值，对所述毫米波稀疏阵列的金属小球阵列进行成像，得到图像重建结果，其中，所述金属小球阵列预先部署于所述毫米波稀疏阵列的成像视场中心，单个金属小球位于所述毫米波稀疏阵列的子阵单元的中心位置；s7：根据预设的评价准则对所述图像重建结果进行评价；s8：返回步骤s4，更改马尔可夫链长度迭代索引值，获得更新的收发阵元坐标临时值，根据metropolis准则和所述图像重建结果得到更优的收发阵元坐标误差值；s9：重复步骤s4至s8，直到迭代次数到达所述马尔可夫链长度；s10：重复步骤s3至s9，直到所述模拟退火温度达到所述退火终止温度和不满足所述优化系数差值门限的判定条件，将当前的所述收发阵元坐标误差值确定为最优误差值，根据所述最优误差值将所述目标收发阵元的理想坐标值更新为最优收发阵元坐标值；s11：更改所述收发阵元坐标索引以确定下一个待处理的目标收发阵元，返回执行步骤s2，直至遍历完毫米波稀疏阵列的所有收发阵元，其中，在遍历过程中，先对接收阵元进行索引，再对发射阵元进行索引；s12：将全部所述最优收发阵元坐标值确定为目标成像的毫米波稀疏阵列的坐标值。2.根据权利要求1所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，步骤s5包括：根据所述结构设计误差范围计算出所述收发阵元坐标误差值，其中，所述收发阵元坐标误差值满足δ为所述结构设计误差范围，中的数值为0至1的随机数。为所述收发阵元坐标索引值为(i，j)时的所述收发阵元坐标误差值，对所述接收阵元进行索引时
为对所述发射阵元索引时为将所述收发阵元坐标误差值代入所述目标收发阵元的理想坐标值，得到当前的收发阵元坐标临时值，所述当前的收发阵元坐标临时值满足标临时值，所述当前的收发阵元坐标临时值满足其中，为收发阵元坐标索引值为(i，j)且马尔可夫迭代索引值为l时的所述收发阵元坐标临时值。3.根据权利要求2所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，步骤s6执行对所述毫米波稀疏阵列的金属小球阵列进行成像之前，所述方法还包括：将所述目标收发阵元的坐标更新为所述收发阵元坐标临时值将所述毫米波稀疏阵列的其余的收发阵元的坐标值维持为所述理想坐标值，得到新的收发阵元坐标临时值为(x
′
t
，y
′
t
，x
′
r
，y
′
r
)。4.根据权利要求1所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，所述金属小球阵列中每个金属小球的直径相同，所述金属小球的空间排布坐标表示为：其中，表示所述子阵单元中第一个接收阵元x维度坐标，表示所述子阵单元中最后一个接收阵元x维度坐标；表示所述子阵单元中第一个发射阵元y维度坐标，表示所述子阵单元中最后一个发射阵元y维度坐标。5.根据权利要求1所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，步骤s6的图像成像通过预设的时域相关算法得到，图像成像结果表示为以下表达式：其中，为毫米波成像系统回波数据，k＝2
×
π
×
f/c表示频率维度波数值，f为毫米波系统发射信号的频率，f∈[f
min
，f
max
]，f
min
为发射信号最小频率值，f
max
为发射信号最大频率值，n
f
表示发射信号频率的离散值；c为电磁波在自由空间中的传播速度；表示所述收发阵元坐标临时值中发射阵元的坐标值(x
′
t
，y
′
t
)到所划分成像网格坐标(x，y，z)的斜距；表示所述的接收阵元坐标临时值(x
′
r
，y
′
r
)到所划分成像网格坐标(x，y，z)的斜距；σ(x，y，z)表示重建的图像结果，成像网格坐标(x，y，z)采用离散值表示为σ(x，y，z)表示重建的图像结果，成像网格坐标(x，y，z)采用离散值表示为表示所划分x维度成像网格坐标最小值，表示所划分x维度成像网格坐标最大值，m＝1，2，3...m表示所划分x维度成像网格坐标索引值，δx表示所划分x维度成像网格坐标间隔；表示所划分y维度成像网格坐标最小值，表示所划分y维度成像网格坐标最大值，p＝1，2，3...p表示所划分y维度成像网格坐标索引值，δy表示所划分y维度成像网格坐标间隔；
表示所划分z维度成像网格坐标最小值，表示所划分z维度成像网格坐标最大值，q＝1，2，3...q表示所划分z维度成像网格坐标索引值，δz表示所划分z维度成像网格坐标间隔。6.根据权利要求1所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，所述评价准则为雷尼熵，所述雷尼熵的数值大小与图像聚焦的效果成反比，步骤s8包括：将马尔可夫链长度迭代索引值加一；获得更新的收发阵元坐标临时值和对应重建图像的所述雷尼熵；根据metropolis准则和两次迭代得到的所述雷尼熵中选择出更佳的雷尼熵，将所述更佳的雷尼熵对应的所述收发阵元坐标误差值确定为所述更优的收发阵元坐标误差值。7.根据权利要求6所述的一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法，其特征在于，所述根据metropolis准则和两次迭代得到的所述雷尼熵中选择出更优的雷尼熵，包括：当p
l+1
＜p
l
，则p
new
＝p
l+1
，并存储上一次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
，y
′
t
，x
′
r
，y
′
r
)
l
，其中，p
l+1
为本次马尔可夫迭代得到的雷尼熵，p
l
为上一次马尔可夫迭代得到的雷尼熵，p
new
为更佳的雷尼熵：或者，当p
l+1
>p
l
，计算概率取随机数0＜p＜1，当p＜p
r
时将当前p
l+1
更新为新值p
new
＝p
l+1
，存储本次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
，y
′
t
，x
′
r
，y
′
r
)
l+1
，否则保留原始值p
new
＝p
l
，存储上一次迭代得到的收发阵元坐标临时值(x
′
t
，y
′
t
，x
′
r
，y
′
r
)
l
。8.一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置，其特征在于，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1至7任一项所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法。9.一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化系统，其特征在于，包括权利要求8所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化装置。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至7任一项所述的毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法。

技术总结
本发明提出了一种毫米波稀疏阵列阵元坐标误差优化方法及系统，该方法包括：针对毫米波稀疏阵列的大规模收发阵元在结构设计上难以保证位于理想坐标位置处，导致存在一定程度位置误差的情况，本实施例通过结合模拟退火算法和毫米波稀疏阵列成像技术，对毫米波稀疏阵列的收发阵元逐个处理，采用评价指标衡量图像结果的好坏，从而得出每个阵元的坐标误差，以软件算法将收发阵元的理想坐标进行优化，使其接近于实际坐标，提高毫米波稀疏阵列的成像精度和成像质量，且无需付出额外硬件成本，从而降低企业硬件开发成本和提高产品的生产效率，在本方法优化坐标的基础上，所成图像具备更高的精度和具备更好的聚焦效果。的精度和具备更好的聚焦效果。的精度和具备更好的聚焦效果。


技术研发人员：孟祥新 高伟 罗俊 刘文冬 周春元 张慧
受保护的技术使用者：珠海微度芯创科技有限责任公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/14