[發(fā)明專利]一種適用于復(fù)雜多徑環(huán)境下的超寬帶層析成像方法

有效

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• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113447915B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭世盛;陳家輝;張揚(yáng);汪育苗;曾騁;崔國龍;孔令講;楊曉波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/02
• 分類號: G01S13/02;G01S13/88;G01S13/89
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開一種基于超寬帶雷達(dá)的未知建筑布局層析成像方法，應(yīng)用于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域。針對現(xiàn)有技術(shù)中由于電磁波多徑傳播導(dǎo)致成像結(jié)果偽影多、成像質(zhì)量差的問題。本發(fā)明首先提出了一種多徑抑制方法，可有效提取出直達(dá)路徑對應(yīng)的時延值，然后，通過映射直達(dá)路徑的時延與未知布局的相對介電常數(shù)關(guān)系，建立了層析投影模型，進(jìn)而提出了一種曲率因子修正的總變分算法來重建布局圖像；本發(fā)明可對未知場景實現(xiàn)高精度重構(gòu)，同時可有效保留結(jié)構(gòu)的邊緣信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超寬帶雷達(dá)層析成像技術(shù)。

背景技術(shù)

穿墻雷達(dá)成像技術(shù)因其具備探測多層墻后隱藏目標(biāo)的能力而受到了廣泛的研究興趣，其在災(zāi)害救援、監(jiān)測和城市測繪等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對于穿墻雷達(dá)成像技術(shù)而言，精確的建筑結(jié)構(gòu)布局不僅能夠在區(qū)分人體目標(biāo)和多徑鬼影上提供幫助，還能夠為下一步行為策略提供支撐，因此近年來也吸引了極大的關(guān)注度。

國內(nèi)外諸多研究機(jī)構(gòu)開展了基于層析成像的建筑布局重建研究，并產(chǎn)生了豐厚的研究成果。層析成像是一種雙基地的數(shù)據(jù)采集模式，接收與場景進(jìn)行交互后的透射信號，并利用該測量值來估計整個感興趣區(qū)域的傳輸物理參數(shù)的空間場分布。在層析成像中，接收信號強(qiáng)度(RSS)和時間延遲是用來重建感興趣區(qū)域的常用手段。文獻(xiàn)“Radio TomographicImaging with Wireless Networks,IEEE Trans.on Mobile Comput.,vol.9,no.5,pp.621-632,May 2010.”利用接收信號強(qiáng)度對場景進(jìn)行成像，并討論了正則項對逆問題求解的影響。文獻(xiàn)“X-Ray Vision With Only WiFi Power Measurements Using Rytov WaveModels,IEEE Trans.on Veh.Technol.,vol.64,no.4,pp.1376-1387,Apr.2015”利用Rytov近似方法探討了接收信號強(qiáng)度與靜態(tài)陰影衰減場分布的關(guān)系，并結(jié)合壓縮感知技術(shù)重建感興趣區(qū)域。但在實際應(yīng)用中，電磁波的多徑傳播會擾動接收信號強(qiáng)度，導(dǎo)致最終的層析圖像中出現(xiàn)毛刺和空洞。利用超寬帶信號分離多徑信號能量是一種有效的解決方案，然而，由于電磁波傳播現(xiàn)象過于復(fù)雜，現(xiàn)有方法無法準(zhǔn)確區(qū)分電磁波在發(fā)射端/接收端之間的直接路徑與多徑路徑，導(dǎo)致成像性能無明顯提升。因此，研究一種適用于復(fù)雜多徑環(huán)境下的超寬帶層析成像方法具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種適用于復(fù)雜多徑環(huán)境下的超寬帶層析成像方法，能夠準(zhǔn)確提取直達(dá)波路徑，提高場景的復(fù)原度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種適用于復(fù)雜多徑環(huán)境下的超寬帶層析成像方法，包括：

S1、數(shù)據(jù)采集：采用一發(fā)一收超寬帶雷達(dá)對場景進(jìn)行多位置多視角掃描，接收天線對透射信號進(jìn)行接收；

S2、對步驟S1接收到的所有信號進(jìn)行波形重構(gòu)：采用基于互相關(guān)的時延估計算法獲取不同傳播路徑的時延，然后對低于檢測門限的雜波進(jìn)行濾除；

S3、對步驟S2重構(gòu)波形中的多徑回波進(jìn)行抑制，根據(jù)抑制后的回波進(jìn)行直達(dá)路徑時延的估計；

S4、根據(jù)直達(dá)路徑時延與系統(tǒng)矩陣、場景向量的關(guān)系，建立信號模型；

S5、基于建立的信號模型，利用基于曲率因子修正的總變分算法進(jìn)行反演成像。

步驟S3所述對步驟S2重構(gòu)波形中的多徑回波進(jìn)行抑制，具體為對步驟S2重構(gòu)波形中的側(cè)墻反射路徑進(jìn)行抑制。

具體的：根據(jù)側(cè)墻反射路徑均會聚焦于側(cè)墻的某些散射點(diǎn)上，采用后向投影算法進(jìn)行聚焦成像，通過計算傳播時延值并與回波中的峰值匹配從而對側(cè)墻反射路徑抑制。

步驟S4所述建立信號模型，具體為：完成所有掃描位置處直達(dá)波時延估計后，將測量值構(gòu)成測量向量，即K為測量值數(shù)量，將場景離散為N個網(wǎng)格，場景向量表示為構(gòu)建的信號模型表示為

P＝WΟ