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专利号: 2020108710659
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于:基于穿墙成像模型的构建,实现穿墙雷达成像校正方法,其中,穿墙成像模型包括目标物体、墙体、雷达探测装置;

所述目标物体和雷达探测装置分别位于墙体的两侧;

所述墙体由两层相对介电常数不同的介质组成,分别为目标物体一侧的内层墙体、以及雷达探测装置一侧的外层墙体;

所述雷达探测装置与外层墙体的外表面相对接;

所述雷达探测装置包括信号发射装置和信号接收装置,其中信号发射装置和信号接收装置分别与外层墙体的外表面相对接;

针对信号发射装置中发射天线的发射信号经过两层墙体折射后到达目标物体,再由目标物体反射,经两层墙体折射后由信号接收装置中接收天线所接收的过程,通过步骤1至步骤3,实现穿墙雷达成像校正方法;

步骤1.基于1≤m≤M、1≤n≤N,采集第m根发射天线发射的发射信号,由第n根接收天线所接收对应该发射信号的接收信号的折射波分别在折射面1的回波时刻qmn和折射面2的回波时刻pmn,分别组成折射波在折射面1的延迟时矩阵q和折射波在折射面2的延迟时矩阵p,其中,M表示发射天线的总数,N表示接收天线的总数,折射面1为内层墙体与空气接触的界面,折射面2为两层墙体接触的界面;

步骤2.根据p,并结合第m根发射天线与第n根接收天线之间的距离xmn,获得各发射信号在外层墙体中的传播时延τmn2、以及分别对应各发射信号的各接收信号在外层墙体中的传播时延τ'mn2;

步骤3.根据q、p、xmn、τmn2、τ'mn2,获得各发射信号在内层墙体中的传播时延τmn1和对应各发射信号的各接收信号在内层墙体中的传播时延τ'mn1;

步骤4.根据各个发射信号分别在外层墙体中的传播时延τmn2、在内层墙体的传播时延τmn1、以及其所对应接收信号在外层墙体中的传播时延τ'mn2、在内层墙体中的传播时延τ'mn1,结合各个发射信号从折射面1到达目标物体的时延,以及对应接收信号从目标物体反射后到达折射面1的时延,得到聚焦时延,最后利用成像算法完成对目标物体的投影成像。

2.根据权利要求1所述一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于:所述步骤1中的雷达探测装置为3发13收装置,发射天线发出的信号为超宽带窄脉冲信号。

3.根据权利要求1所述一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于:通过步骤A1至步骤A2获取所述步骤2中的τmn2和τ'mn2;

步骤A1.构建基本折射方程如下:

其中, 表示第m根发射天线发射的发射信号,由第n根接收天线所接收对应该发射信号的接收信号的折射波折射面2的回波时刻,根据p,并结合第m根发射天线与第n根接收天线之间的距离xmn,利用最小二乘一维拟合算法获得上述方程的直线斜率1/v1,其中,v1为电磁波在内层墙体的传播速度;

步骤A2.针对基本折射方程,利用最小二乘法获得超定方程组 的

解,获取τmn2和τ'mn2。

4.根据权利要求3所述的一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于,超定方程组可通过如下步骤B1至步骤B3求解;

步骤B1.令 由元素bmn构成矩阵向量b,则基本折射方程

更新为:

Gx=b

其中G为系数矩阵,接下来求超定方程组Gx=b的最小二乘解x,即该超定方程组的最小二乘解x需满足残差r=b-Gx的2-范数达到最小值,即该解须满足如下方程:||b-Gx*||2=min||r||2

步骤B2.令C=GTG和d=GTb,对矩阵C进行cholesky分解,得到LLT=C;

步骤B3.依次求解三角方程组Ly=d和LTx=y,求得的矩阵x即为该方程的解,即获取了各发射信号在外层墙体中的传播时延τmn2、以及分别对应各发射信号的各接收信号在外层墙体中的传播时延τ'mn2。

5.根据权利要求2所述的一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于:通过步骤C1至步骤C4获取所述步骤3中的τmn1和τ'mn1;

步骤C1.根据折射面1的回波信号延迟时矩阵q和折射面2的回波时刻延迟时矩阵p,利用最小二乘拟合算法获得拟合后的直线的截距I;

步骤C2.构建基本折射方程如下:

其中 表示第m根发射天线发射的发射信号,由第n根接收天线所接收对应该发射信号的接收信号的折射波在折射面1的回波时刻,c为电磁波在空气中的传播速度,根据已知参数qmn、τmn2、τ'mn2、xmn构建方程如下:步骤C3.基于1≤m≤M、1≤n≤N,针对相邻的第m根发射天线与第m-1根发射天线分别所发射的信号,均被第n根接收天线所接收,则其截距时间差可表示为: 同时即为相邻的第m根发射天线与第m-1根发射天线分别所发射信号,均被第n根接收天线所接收的延迟时间增量,分别针对各根接收天线,利用如下公式:获得第m根发射天线发射的发射信号被第n根接收天线所接收的该发射信号在内层墙体的传播时延τmn1;

步骤C4.基于1≤m≤M、1≤n≤N,针对第m根发射天线所发射的发射信号,分别被相邻的第n根与第n-1根接收天线所接收,则其截距时间差可表示为: 同时 即第m根发射天线发射的发射信号,分别被相邻的第n根与第n-1根接收天线所接收的延迟时间增量,分别针对各根发射天线,利用如下公式:获得第m根发射天线发射的发射信号被第n根接收天线所接收的接收信号在内层墙体的传播时延τ'mn1。

6.根据权利要求1所述的一种基于折射波静校正的穿墙雷达成像校正方法,其特征在于,步骤3中使用的成像算法为后向投影成像算法。