[發明專利]一種基于時間反轉和壓縮感知的電磁非視線成像方法

有效

• 申請號: 202010063070.7
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111239730B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 皇甫江濤;魏路松;湯之儀
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S13/88;G01S13/93;G01S13/931;G01S7/03;H01Q21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于時間反轉和壓縮感知的電磁非視線成像方法，其特征在于：成像方法包括以下步驟：

步驟1)將目標區域V均勻分為m個網格，在目標區域內無目標時，將一已知大小、形狀的金屬物體依次放在每一個網格中，設置m組控制電壓施加到天線建立m組具有時間反轉特性的探測電磁波；

所述步驟1)具體為：

步驟1.1)設置兩組天線陣列分別為發射模式和接收模式，發射天線陣列和接收天線陣列處設置有源超表面天線罩；

步驟1.2)將電磁波無法穿透的墻體/金屬結構(3)后的非封閉的目標區域V均勻分割為m個網格(5)，對發射天線陣列處和接收天線陣列處的有源超表面天線罩的每一個單元均不施加任何控制電壓，將一已知大小、形狀的金屬物體放置在目標區域V的m個網格進行測量，在每一個網格處，發射天線陣列發射電磁波繞經墻體/金屬結構邊緣散射后到目標，接收天線陣列接收目標的散射電磁波E_mtr；

步驟1.3)在每一個網格內對發射天線陣列處的有源超表面天線罩的每一個天線罩基本單元施加控制電壓，使得發射天線陣列再次發射的電磁波經過有源超表面天線罩后，與步驟1.2)接收目標的散射電磁波E_mtr相比，幅度不變，相位相反，從而得到m組控制電壓，角標tr代表時間反轉中步驟中的測量電磁場；

步驟2)當目標區域V內有目標時，在目標區域V內利用i組控制電壓，得到i組具有壓縮感知特性的探測電磁波進行多次測量，通過矩陣求逆獲得目標所在的輪廓區域V’；

所述步驟2)具體為：

步驟2.1)將天線陣列的發射模式切換為接收模式，天線陣列的接收模式切換為發射模式，發射天線陣列和接收天線陣列處設置有源超表面天線罩；

步驟2.2)在目標區域為無任何物體的空場時進行測量，發射天線陣列發射電磁波到有源超表面天線罩表面，接收天線陣列接收目標的散射電磁波，通過對發射天線陣列處的有源超表面天線罩的每一個天線罩基本單元施加i組隨機的控制電壓，對接收天線陣列處的有源超表面天線罩的每一個單元不施加任何控制電壓，發射天線陣列發射電磁波繞經墻體/金屬結構邊緣散射后到目標，目標反射后在經墻體/金屬結構邊緣散射后被接收天線陣列接收，到接收天線陣列處的電磁波具有隨機的幅度和相位，記為E_ics，角標cs代表壓縮感知步驟中的測量電磁場；

步驟2.3)在目標區域為無任何物體的空場時，給發射天線陣列處和接收天線陣列處的有源超表面天線罩的每一個單元不施加任何控制電壓，利用近場測量的方法獲得發射天線陣列在目標區域V內的幅度和相位E_tcs，接收天線陣列在目標區域V內的幅度和相位E_rcs；

步驟2.4)將探測目標(8)放置在目標區域V內進行測量，對發射天線陣列處有源超表面天線罩的每一個單元施加與空場測量時相同的i組控制電壓，對接收天線陣列處有源超表面天線罩的每一個單元不施加任何控制電壓，獲得接收天線陣列接收到的電磁波的幅度和相位E_totics；

步驟2.5)建立成像系統模型為：

g＝Hf

g＝(E_totics-E_ics)

H＝E_tcsE_rcs

其中，g代表所有網格的散射回波信號矩陣，H代表成像系統的測量矩陣，為發射天線陣列與接收天線陣列在目標區域V處的輻射場的乘積E_tcsE_rcs，f代表所有網格的目標后向散射矩陣；

步驟2.6)通過對步驟2.5)中的后向散射矩陣f進行矩陣求逆，得到比初始的目標區域V更小、更精細的目標輪廓區域V’；

步驟3)從m個網格內選擇p個網格(9)，使p個網格覆蓋輪廓區域V’，利用p個網格對應的p組具有時間反轉特性的探測電磁波向目標發射進行多次測量，每一次測量完成后，對p個網格內的電磁波幅度值進行歸一化處理，綜合多次測量結果得到目標的精細化成像。