[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

说明书

本发明公开一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，应用于射频成像技术领域，针对现有技术存在的单频带信号成像时产生的模糊和伪影问题，本发明首先利用收发分置无线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，并建立信号模型；然后根据双频窄带信号衰减功率与建立的系统矩阵的关系，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；其次在上述成像方法的每一轮迭代过程中，利用改进型总变分约束优化迭代结果；最后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；本发明的方案能有效地减少由窄带信号的信道波动带来的成像伪影问题，并且可以清晰地保留成像结构的边缘信息。

技术领域

本发明属于射频成像技术领域，特别涉及一种基于窄带信号的射频层析成像技术。

背景技术

射频成像技术领域主要是利用射频信号对感兴趣的未知区域进行探测，包括物理目标的定位和成像，建筑布局的成像等，在反恐维稳、灾难救援、医疗监护等领域具有重要的应用价值。在城市环境中，目标通常被墙等物理结构遮挡。为了获取准确的目标状态，获得建筑结构或障碍物的信息是非常有必要的，近些年来该研究也吸引了相当多的关注。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像作为传统的成像策略，利用布局结构的全景反射回波进行投影成像。美国陆军研究实验室采用车载合成孔径雷达系统从一个废弃兵营的建筑两侧扫描，并将不同的视角结果合并，得到完整的建筑布局(C.Le,T.Dogaru,L.Nguyen and M.A.Ressler,“Ultrawideband(UWB)Radar Imaging ofBuilding Interior:Measurements and Predictions,”IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing,vol.47,no.5,pp.1409-1420,May.2009.)。中国国防科技大学采用雷达系统发送超宽带信号的形式，构建布局结构的距离多普勒频谱，并设计恒定虚警率检测器提取建筑物布局(Y.Song,J.Hu,N.Chu,T.Jin,J.Zhang and Z.Zhou,“Building Layout Reconstruction in Concealed Human Target Sensing via UWBMIMO Through-Wall Imaging Radar,”IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,vol.15,no.8,pp.1199-1203,Aug.2018.)。尽管上述研究可以得到较好的布局结构成像结果，但是仍受限于系统复杂，体积大，成本高等因素。

近年来，采用接收信号的功率对布局结构进行重建的工作逐渐发展起来。美国加州大学利用收发分置的雷达节点从不同位置扫描未知场景并获取接收信号的功率，提出基于图像总变差最小化的布局结构重建方法(Y.Mostofi,“Cooperative Wireless-BasedObstacle/Object Mapping and See-Through Capabilities in Robotic Networks,”IEEE Transactions on Mobile Computing,vol.12,no.5,pp.817-829,May.2013.)。中国科学院提出了一种重新加权的总变差和先验信息正则化算法(Q.Guo,Y.Li,X.Liang,J.Dong and R.Cheng,Through-the-Wall Image Reconstruction via ReweightedTotal Variation and Prior Information in Radio Tomographic Imaging,IEEEAccess,vol.8,pp.40057-40066,2020)，该算法基于总变差最小化，同时考虑了墙体仅面向水平方向或垂直方向的先验信息，用于保持墙体的方向。然而，上述研究仅考虑了单频段窄带信号的成像，由于信道的抖动等因素，会导致成像结果中出现伪影和布局结构边缘模糊等现象，从而影响成像质量。因此，研究一种有效的布局结构成像方法，能够解决伪影和成像结构边缘模糊问题，具有比较重要的研究意义。

发明内容