[发明专利]一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法

权利要求书

1.一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，包括：

S1、利用收发分置节点对从多角度多位置扫描未知场景，获取穿透场景的双频窄带信号；

S2、根据接收的双频信号的功率与系统矩阵的关系，建立信号模型；步骤S2所述的信号模型表达式为：

ΔP≈AO

其中，ΔP为接收信号功率与空场景接收信号功率对消后的衰减功率矩阵，ΔP＝[ΔP₁,...,ΔP_M]^T，上标T表示转置，M为采样总点数；O表示未知区域离散成若干单元格后的衰减率矩阵，O＝[O₁,...,O_N]^T，其中O_n为单元格n的衰减率，n＝1,2,3,…,N；A为M×N阶的系统矩阵，A中的元素表示为A_i,n＝g(R_i,r_n)Eⁱⁿ(r_n)ΔV/Eⁱⁿ(R_i)，r_n表示第n个网格，R_i表示第i个接收节点，g(R_i,r_n)表示格林函数，Eⁱⁿ(r_n)表示在位置r_n处的入射信号，Eⁱⁿ(R_i)表示在位置R_i处的入射信号，ΔV表示一个离散网格的体积值；

S3、基于建立的信号模型，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；步骤S3具体为：

S31、对未知区域成像，设初始成像结果为0矩阵，然后联合M次采样的数据值进行迭代更新每一个网格的数值，更新过程表示为：

其中，O_n⁽⁰⁾表示初始成像结果；

S32、完成所有网格的更新，表示完成了一轮迭代更新，在每一轮迭代更新过程中，加入总变分约束，优化成像结果，表示为：

min||O||_TV+βf(O,ε),s.t.ΔP＝AO

其中，β表示权重因子，f(O,ε)表示求解O中某元素和ε中与其最接近的某元素的差值，ε表示介质的理论相对介电常数向量；

S33、上一轮迭代更新优化后的成像结果，作为下一轮迭代的初始值，即O_n⁽⁰⁾，步骤S31-S32，直到满足成像结果与上一轮结果的差值的二范数小于或等于设定阈值，终止迭代并得到最终成像结果；

S4、将双频窄带信号得到的成像结果，通过算术融合策略非相干融合得到最终的成像结果；步骤S4具体为：将双频段窄带信号各自得到的成像结果，通过乘-减-加算术融合策略进行非相干融合，得到最终的成像结果；

首先，联乘操作表述为：

其中，O₁(x,y)和O₂(x,y)分别表示双频信号得到的成像结果在(x,y)处的像素值；联减操作得到O_S(x,y)，表述为：

最终的成像结果由联加操作求得：

其中，O_A(x,y)表征基于双频信号的最终成像结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，步骤S1在扫描过程中，收发分置节点对中发射节点的天线和接收节点的天线始终保持正对。

3.根据权利要求2所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，步骤S1每个角度的收发分置节点对采样路径间形成的区域完全覆盖未知场景。

4.根据权利要求3所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，所述收发分置节点对沿对应角度的采样路径同步等间隔地移动，对未知区域进行扫描。

5.根据权利要求4所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，采样间隔大于或等于成像网格大小。

6.根据权利要求5所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，步骤S3还包括：在每一轮迭代过程中，利用改进型总变分约束优化迭代结果。