[发明专利]一种基于超宽带穿墙雷达的两阶段墙体参数估计方法

说明书

本发明公开一种基于超宽带穿墙雷达的两阶段墙体参数估计方法，应用于穿墙雷达成像技术领域，针对现有技术中存在的墙体参数估计困难的问题；本发明分为两个阶段对墙体参数进行估计，第一个阶段为电磁传播路径计算阶段，首先确定雷达离墙距离R，墙体厚度d和墙体介电常数ε等未知参数的搜索区间，然后采用镜面反射和折射点近似方法计算墙体前后表面的时间延迟；第二个阶段为墙体参数估计阶段，对参数搜索区域内各参数进行投影成像；只有当候选参数等于真实值时，回波才会进行相干累积，此时反投影后的图像强度最大，因此通过反投影图像对候选参数进行搜索，得到真实值。

技术领域

本发明属于穿墙雷达成像领域，特别涉及一种墙体参数估计技术。

背景技术

由于墙体的相对介电常数与空气的相对介电常数不同，电磁波在穿透墙体时，其传播速度和方向会发生改变，导致最终目标图像离焦和偏移。对于穿墙雷达成像(TWRI)来说，墙体参数的准确估计至关重要，有效的穿墙雷达成像算法应该在回波域或成像域考虑并补偿墙体的影响

为了确定墙体的参数，文献中已经提出了多种行之有效的算法。有些方法是通过在时域或频域测量墙体转移函数来估计墙体面参数，但这通常需要复杂的测量过程。自调焦算法也广泛应用于墙体参数估计中，它是通过搜索模糊参数来优化目标成像质量评价函数来实现的。然而，由于在低信噪比(SNR)条件下出现性能下降和计算量巨大的问题，这种方法在实际应用中受到限制。近年来，有些学者提出了一些有效且相对容易实施的方法，如仅根据时延估计(TDOE)值来反演墙体厚度、相对介电常数和电导率等未知墙体参数。此外，有学者采用压缩感知(CS)技术来估计墙体前后表面的时间延迟，为了研发一种适用于低信噪比条件下的鲁棒墙体参数估计算法，文献“L.Qu,“Sparse Blind Deconvolution Methodfor Wall Parameters Estimation,”IEEE Geosci.Remote Sensing Lett.,pp.1–5,Oct.2020”通过一种稀疏盲反褶积方法对时延估计过程进行了改进，数值结果表明了该方法的有效性。然而，上述方法要求阵列结构平行于墙体表面，这可能限制其进一步的应用。因此，研究一种鲁棒且高效率的墙体参数估计方法具有重要的实际意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于超宽带穿墙雷达的两阶段墙体参数估计方法，以获取未知的墙体的距离、厚度和相对介电常数。

本发明采用的技术方案为：一种基于超宽带穿墙雷达的两阶段墙体参数估计方法，所述方法的应用的场景包括：天线阵列、墙体，天线阵列朝向墙体，发射天线位于天线阵列两侧，接收天线均匀分布于天线阵列之内，共包括M个发射机，N个发射机；

第m个发射机T_m和第n个接收机R_n对应的接收回波包含两条传播路径，记墙体前表面反射点位置为A，墙体后表面反射点位置为B，墙体前表面第一折射点位置为P_mr，墙体前表面第二折射点位置为P_nr，所述两条传播路径为：前表面反射路径T_m→A→R_n，后表面反射路径T_m→P_mr→B→P_nr→R_n；

墙体参数估计过程包括以下步骤：

S1、定义坐标原点为O、天线阵列与墙体的距离为R、墙体厚度为d、墙体相对介电常数为ε；

S2、根据反射定律和折射定律，分别计算发射机的镜面位置T′_m、P_mr、P_nr以及B的位置；

S3、根据步骤S2计算得到的发射机的镜面位置T′_m、P_mr、P_nr以及B的位置，分别计算来自前表面的反射回波中的时间延迟来自后表面的反射回波中的时间延迟