[发明专利]一种基于透反协同的建筑布局重建方法

说明书

本发明公开一种基于透反协同的建筑布局重建方法，应用于基于雷达的建筑布局成像领域，针对现有技术中基于反射信号的布局重构结果存在图像空洞、墙体偏移等问题，基于透射信号的布局重构结果存在伪影干扰严重等问题，本发明首先构建了透射信号时延与未知布局之间的数学联系，通过交替方向乘子法对目标函数求解从而获得了透射信号成像结果；基于该成像结果完成了反射信号时延补偿，进而采用后向投影成像方法得到了反射信号成像结果；最后采用特征级融合算法完成了两种信号体制的图像融合；本发明可在稀疏采样路径下获取高精度的建筑布局，相比于单一类型信号成像结果，有效提高了成像质量。

技术领域

本发明属于雷达的建筑布局成像技术领域，特别涉及一种建筑物布局重建技术。

背景技术

穿墙雷达由于其高距离分辨率和对非金属障碍物的良好穿透能力，所以得到了广泛研究关注。建筑物布局重建作为穿墙雷达的一个重要应用，其能够提供目标在建筑物中的相对位置和为后续行动提供决策帮助，已经在救灾和城市测绘等领域得到广泛应用。

建筑物布局重建技术根据数据采集模式可以分为两种类型，即基于反射波的成像模型和基于透射波的成像模型。在基于反射波的成像模型中，发射和接收天线通常位于建筑物的同一侧，收集建筑物外墙和内部障碍物反射的回波。这种模型的缺点是成像结果的墙体内部存在空洞，并且容易散焦。基于透射波成像模型是计算机断层扫描(Computedtomography,CT)思想的扩展，其具有节点部署灵活，成像精度高等优点。这种成像模型使用沿穿过监测区域的不同路径的传输信号测量值重建整个介质中传输参数的空间场。然而，这种基于透射波信号的成像模型依赖多个视角的观测，且当观测视角受限时成像结果会受伪影干扰严重。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于透反协同的建筑布局重建方法，能够实现未知建筑布局成像，并且显著提高场景的复原度。

本发明采用的技术方案为：一种基于透反协同的建筑布局重建方法，包括：

S1、数据采集：采用一发两收超宽带雷达对场景进行水平和垂直方向的扫描，其中一个发射和一个接收放置在场景的同一侧，获取建筑物的反射回波，另一个天线放置在场景的对侧，收集透射回波；

S2、透射信号建模：采用最大幅度估计方法估计得到透射信号直达路径时延，堆叠成向量将成像场景被离散化为N个大小相同的二维网格，成像向量O表示为：则透射信号模型为：

Z＝AO+n,

其中，M表示数据点总数，c为光速，ε(r_n)为第n个网格的介电常数，r_n为每个网格的索引，n＝1,2,3,…,N，A为投影矩阵；

S3、透射信号成像：对基于透射信号的信号模型进行求解，求解的目标函数为：

其中，和分别为沿水平方向和垂直方向的一阶差分；C为二维高斯核函数；为材质约束，W表示权重矩阵，第i个网格的权重为O_1i表示第i个网格对应的透射信号成像结果估计值，为预设的材质介电常数值，h为缩放因子。

采用交替方向乘子法求解得到的透射信号成像结果记为O₁；

S4、反射信号时延补偿：根据S3的成像结果，获取其墙体的厚度并基于该厚度对反射回波进行补偿，消除墙体引起的额外延迟；

S5、反射信号成像：对补偿后的反射回波进行后向投影成像：

其中，X_v为在第v条路径下所有采样位置的集合，L表示具体每个采样位置，d(r,L)为收发天线到像素点r的距离；

反射信号成像结果记为O₂；