[發明專利]一種基于電磁波透射系數的未知墻體參數估計方法

有效

• 申請號: 201710447396.8
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107300694B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 李家強;朱江;陳金立;朱艷萍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于電磁波透射系數的未知墻體參數估計方法，建立三層介質的墻體模型，第一介質層和第三介質層分別位于第二介質層的兩側，第二介質層為待測介質層；將發射天線布置于第一介質層，接收天線布置于第三介質層，發射天線距離第二介質層前表面的距離和接受天線距離第二介質層后表面的距離相等；發射天線發射電磁波，接收天線接收發射天線所發出的電磁波；根據電磁波傳播特性推導出振幅衰減系數；計算電磁波的傳播時延；根據振幅衰減系數和電磁波傳播時延估算第二介質層參數，本發明可以比傳統方法更準確的估計出介質參數。

技術領域

本發明屬于穿墻雷達成像技術領域，尤其涉及一種基于電磁波透射系數的未知墻體參數估計方法。

背景技術

超寬帶穿墻雷達屬于無損探測雷達，具有距離分辨率高，穿透能力強等特點。它能夠利用電磁波穿透土墻、木墻、磚墻、混凝土墻等非金屬墻體介質，對墻后人體或建筑物內部結構進行探測和成像。近年來不管在軍事還是民用上，穿墻雷達都得到了廣泛的運用。

在利用穿墻雷達對墻后目標進行探測時，當電磁波入射墻體時，在空氣和墻體交界處，會發生反射和透射的現象。而電磁波穿透墻體的能力則與墻體的特征參數，如墻體的厚度、介電常數等有關。目前大部分成像算法都是先假定已知墻體參數后對目標進行成像，但在實際應用中，墻體參數是無法提前知曉的，其墻體參數的估計精度會造成定位偏差、圖像散焦以及出現虛假目標等問題，因此估計墻體參數是十分必要的。

針對這一問題，已有學者對未知墻體參數進行了研究。以幾何模型與信號時延為切入點，估計了墻體的厚度和相對介電常數。但是，該算法完全依賴于時延估計，估計結果的精度參數可能會受限于時延估計的精度。此外，還可以通過基于向量機(SVM)的墻體參數回歸方法預測出墻體參數，該方法幾乎不受目標個數、墻體長度、采樣間隔和噪聲的影響，但預測精度受目標大小、位置和形狀變化的影響相對較大。因此，為了提高目標定位的準確性以及成像質量，能夠精確估計出墻體參數是必須解決的關鍵性問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于電磁波透射系數的未知墻體參數估計方法，從電磁波穿透墻體介質的傳播特性以及電磁波的傳播時延兩個方面出發，能夠精確估算出墻體參數。

本發明所采用技術方案如下：

一種基于電磁波透射系數的未知墻體參數估計方法，包括：

建立三層介質模型，第一介質層和第三介質層分別位于第二介質層的兩側，第二介質層為墻體，是待測介質層，第一、第三介質層為空氣；

將發射天線布置于第一介質層，接收天線布置于第三介質層，發射天線距離第二介質層前表面的距離和接收天線距離第二介質層后表面的距離相等；

發射天線發射電磁波，接收天線接收發射天線所發出的電磁波；

根據電磁波傳播特性推導出振幅衰減系數；

計算電磁波的傳播時延，即電磁波傳過墻體所需時間；

根據振幅衰減系數和電磁波傳播時延估算第二介質層參數，即墻體參數。

進一步的，所述根據電磁波傳播特性推導出振幅衰減系數的具體推導如下：

電磁波由第一介質層中的發射天線發出，依次穿過第一、第二、第三介質層，最終由第三介質層中的接收天線接收，分別將第一、第二、第三介質層中的總場量用式(1)、(2)、(3)表示如下：

第一介質層總場量

第二介質層總場量

第三介質層總場量

其中E_n代表第一、第二和第三介質層中的電場強度，H_n代表第一、第二和第三介質層中磁場強度，n＝1,2,3；