[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

本發明公開了一種基于時間反轉和壓縮感知的電磁非視線成像方法。通過天線接收遮擋物后目標被動散射的電磁信號，利用壓縮感知實現目標的輪廓成像，再針對輪廓區域利用時間反轉提升目標電磁信號的信噪比，達到凝視探測非視線目標的目的；通過有源超表面調制發射多次隨機輻射信號并在接收后進行壓縮感知計算成像，以判斷遮擋區域內的目標個數和輪廓區域；針對目標輪廓區域，進一步通過有源超表面對不同位置獲得信號的幅度和相位差進行調整，達到對遮擋物后不同位置處電磁信號的聚焦和掃描。本發明能夠對電磁信號無法穿透的墻體、金屬結構后的非封閉場景的目標進行探測，拓展傳統探測和成像雷達的探測能力，在無人駕駛、醫學成像以及復雜環境雷達探測等民用和軍事領域有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于微波成像技術領域，具體為一種基于時間反轉和壓縮感知的電磁非視線成像方法。

背景技術

電磁目標探測一直以來是學術和工程領域的重要研究方向。它可以讓無人駕駛車輛和智能機器人對復雜環境進行有效的探測和障礙規避，提升其安全性和可靠性。探測時電磁波源發射的信號受目標影響，導致接收信號變化，即可用于對目標特征進行判斷。其中反射、散射和折射是影響電磁波和光波傳播的常見的物理過程。當目標被障礙物遮擋時，一般采用可透射障礙物的微波波段或是可繞射障礙物的低頻波段進行電磁目標探測。但是在實際中往往會遇到目標被金屬物如車輛等遮擋而無法有效探測的情況。

遮擋目標成像被稱為非視線成像，它需要對視野所不可達的隱藏場景信息進行分析，通過圖像信息處理及特征提取等手段對隱藏場景的目標進行定位、重構及跟蹤。此時如能利用環境中多次反射和障礙物散射等信息，就能分別實現被動和主動情況下的遮擋目標探測，縮小盲區、提升復雜環境下的目標識別能力。這不僅在軍事偵查方面，在無人駕駛汽車、機器人視覺、醫學成像以及搜索救援等領域都有潛在的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中對于金屬體、高損耗介質等電磁波無法穿透的遮擋區域目標探測時成像所存在的不足和缺陷，提出一種新型的基于時間反轉和壓縮感知的電磁非視線成像方法，可在高散射環境下進行遮擋區域目標信號的有效匯聚，抑制目標多徑雜波，從而提高成像精度。

本發明采用以下技術方案：

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；

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’；

步驟3)從m個網格內選擇p個網格，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，具體實施可取大于預設閾值的電磁波幅度值作為目標的成像網格。

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/金屬結構后的非封閉的目標區域V均勻分割為m個網格，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；