[發明專利]基于優化理論的無線電信號三維成像方法及系統

有效

• 申請號: 202011206745.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112379371B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 陳彥;何瑩;張冬;孫啟彬;吳曼青
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

1.一種基于優化理論的無線電信號三維成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

設計二維多發多收的天線陣列；

根據天線陣列的位置建立各天線對接收信號與目標物體的位置和反射系數之間的線性關系；

根據發射信號的特征，對信號進行混頻；

構建目標函數將成像問題轉化為優化問題；

通過求解優化問題得到三維成像結果，以實現基于優化理論的無線電信號三維成像。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述二維多發多收的天線陣列的接收和發射端均為天線間距為半波長的均勻直線陣列，收發陣列相互垂直，且接收和發射端的天線數量均為12個。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據收發天線的位置建立各天線對接收信號與目標物體的位置和反射系數之間的線性關系的步驟中，位于p_t的發射端發射信號，位于p_r點的接收天線在t時刻采集到的信號表示為：

其中，s(t)為發射的時變信號，d(p,p_t,p_r)為信號被p點反射經歷的傳播距離，v(p)為p點的反射系數，β(p,p_t,p_r)表征p點處目標的傳播特性，是與信號傳播方向和反射材料相關；c為信號的傳播速度。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發射信號為步進頻信號。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對信號進行混頻，得到與發射信號無關的觀測信號的表達式：

其中，f是發射信號的頻率。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，將所述與發射信號無關的觀測信號經過離散化后，得到其矩陣相乘的表示形式：

τ＝Hv；

其中，τ＝{τ_i|i＝1,2,...,N}是包含所有觀測值的一維向量，向量中包含的元素個數N＝N_t×N_r×N_f，N_t,N_r分別為發射和接收天線的數量，N_f為發射的步進頻信號的頻點數；v＝{v_j|j＝1,2,…,M；v_j＝v(x_j,y_j,z_j)}是待重建的三維空間范圍內各點的反射系數，M為待重建范圍包含的點數；H是傳輸矩陣，i代表第i個收發天線和發射信號頻率組合，j代表第j個重建點。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標函數的表達式如下：

s.t.v＝reshape(X)

其中，‖X‖_ω,*＝∑_i|ω_iσ_i(X)|是X的加權核范數，是對矩陣X的秩的量化表示；σ_i(X)為矩陣X的第i個奇異值，ω_i為對應權重，λ是常數。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解優化問題具體包括：

將目標函數表示成增廣拉格朗日形式，如下式所示：

其中y是拉格朗日乘子，ρ是懲罰因子；

將所述增廣 拉格朗日進一步表示為拉格朗日縮放形式，如下式所示：

利用交替方向乘子法算法分別迭代求解變量v,X,u。