[發明專利]一種基于支持向量機的墻體參數預測方法

有效

• 申請號: 201910330929.3
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110133645B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 周圣;張華美;張業榮
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G06F30/23
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發明公開了一種基于支持向量機的墻體參數預測方法，首先通過仿真收集墻體參數的回波數據，提取出前墻回波與后墻回波的最大幅值與其對應的時刻；然后利用支持向量機(SVM)對訓練數據進行訓練，建立墻體參數各自的回歸模型；最后對未知墻體參數的樣本進行預測。本發明能精確地預測電導率，對有目標情況，目標離墻體越遠，電導率的預測精度越高。能夠高效、精準且高抗干擾性的預測出墻體的參數(介電常數、厚度和墻體電導率)，解決穿墻雷達成像中墻體參數未知的困擾。

技術領域

本發明涉及一種墻體參數預測方法，屬于穿墻雷達成像技術、機器學習技術、墻體參數估計技術領域。

背景技術

超寬帶穿墻雷達具有穿透能力強，距離向分辨率高等優點。結合成像算法能夠有效地對障礙物后方的目標進行定位、追蹤以及成像。近年來，無論是軍事上還是民用上，都投入了大量的研究。

現有的大量成像算法都是通過研究接收信號進行的，接收信號是發射信號經過墻體的折射、透射、目標的散射等形成的。墻體參數(介電常數、厚度、電導率等)是影響接收信號的關鍵因素之一。若要得到高質量的成像質量，必須知道精確的墻體參數。目前很多成像算法都是建立在已知墻體參數的基礎上，但在實際應用中，墻體參數一般都是未知的。

針對這一情況，已有研究者提出了估計墻體參數的方法。

如基于電磁波透射系數的墻體參數估計方法。該方法通過在墻體兩側分布放置發射機與接收機，利用信號時延與幅度衰減計算出墻體參數，但是該方法只能在實驗室中進行；通過調整陣列結構或陣列到墻體的距離去預測墻體參數是利用天線陣列結構的改變確定墻體參數與目標位置關系，從而確定墻體的參數，這種方法需要多次實驗，實現起來較麻煩；圖像自聚焦技術是通過檢測不同墻體參數組合下的成像質量，需要對目標進行多次成像，預測效率較低；利用墻體回波信息推算反射系數進而確定墻體參數易受到墻體結構以及噪聲的影響，計算結果不穩定。

此外，也已有研究者利用支持向量機估計墻體參數。

文獻“Xi Chen，Weidong Chen.Wall parameters estimation based on supportvector regression for through wall radar sensing[J].2015.”中分三步來估計墻體參數，但是其中利用后墻反射波的波幅訓練回歸函數，后墻反射波波幅易受墻內目標的影響，最終導致墻體厚度預測的準確率下降。且該文獻只預測了介電常數和厚度，并沒有預測電導率。

因此，在墻參預測方面能夠找到一種預測精度高、效率快、受墻后目標影響較小的方法具有重要的應用價值。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種效率高，精度高且不易受墻體后方目標影響的估計墻體參數(介電常數、厚度及墻體電導率)的基于支持向量機的墻體參數預測方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于支持向量機的墻體參數預測方法，包括以下步驟：

步驟一、天線設置步驟：在墻體的同側水平放置發射天線與接收天線，發射天線采用高斯調制脈沖波形向墻體投射。

步驟二、仿真采樣步驟：利用基于時域有限差分法的電磁仿真軟件Xfdtd進行仿真，設置一組用于采樣的墻體參數，利用接收天線接收回波信號，收集不同墻體參數下的回波數據，保存墻體參數與對應的回波數據作為訓練樣本。

步驟三、特征值提取步驟：回波信號中能量占比最大的是直達波、前墻回波、后墻回波，有目標存在的情況下還有目標的散射回波，其中，提取的特征信息包括前墻回波信號與后墻回波信號的最大幅值以及對應的時刻，記作(A1，t1，A2，t2)。A1表示前墻回波信號的最大幅值，t1表示前墻回波信號的最大幅值對應的時刻，A2表示后墻回波信號的最大幅值，t2表示后墻回波信號的最大幅值對應的時刻。