[发明专利]基于图像域墙体影响补偿的穿墙成像方法

说明书

技术领域

本发明属于超宽带合成孔径雷达成像技术领域，特别是一种基于图像域墙体影响补偿的成像方法。

背景技术

超宽带合成孔径雷达将超宽带技术与合成孔径技术相结合，发射的电磁波具有低频穿透以及优异的方位向分辨能力，实现对墙后目标甚至建筑物结构的高分辨成像，极大增强了目标信息获取能力。由于墙体遮挡的影响，电磁波在穿透墙体时后产生能量衰减、反射、折射和速度变慢等现象，利用天线接收回波进行成像就会出现定位偏差、图像散焦甚至产生虚假目标等问题，因而在穿墙成像中，需要进行墙体影响的补偿处理。

墙体影响的补偿是超宽带合成孔径雷达穿墙成像中的关键技术。为了补偿墙体造成的影响，常用的处理方法是利用已知的墙体电磁参数对天线接收回波进行补偿。而在实际穿墙中，墙体电磁参数一般是未知的，在这种情况下，穿墙成像补偿的关键一般依靠墙体参数的估计进行处理。目前关于墙体影响的补偿，通常在回波域进行，该方法将墙体对天线接收回波的影响在回波域进行补偿，补偿后再利用成像算法进行成像。该方法存在两个主要问题。一是不能对墙后多目标同时补偿。因为当墙后有多个目标时，不同目标的入射角是不同的，即不同目标对应的回波域补偿因子是不同的。二是该方法计算量很大。因为在墙体厚度确定中，需要进行多次成像，计算量随之大幅度增加。

发明内容

本发明提出一种基于图像域墙体影响补偿的穿墙成像方法，可实现对多个目标同时补偿后成像，同时具有运算量小、成像精度高的特点。

本发明的基本思路是：首先，通过传统成像算法对回波数据进行成像处理。然后在无墙体先验知识的情况下，利用获取的图像及其图像域滤波结果确定补偿因子中的最佳参数。最后利用该补偿因子对成像结果进行墙体影响的补偿。

本发明的技术方案包括以下处理步骤：

第一步，确定成像坐标系

确定成像坐标系：以超宽带合成孔径雷达形成的合成孔径中心点为坐标原点O，以合成孔径所在直线为X轴，在合成孔径中心点处做垂直于Y轴并垂直指向墙体的直线，记为Y轴。

第二步，对回波数据进行初始成像处理

回波数据的初始成像处理是后续补偿的基础。记s(t，u)为天线接收回波，其中t表示接收时间，u表示天线接收数据时在成像坐标系对应的横坐标。采用已知成像算法对接收到的回波数据进行初始成像处理，得到初始成像结果g(x，y)，g(x，y)表示在成像坐标系中坐标为(x，y)处的像素点的值。

第三步，计算图像域补偿因子

步骤①：计算墙体等效估计厚度

首先利用合成孔径中心点的接收回波数据，计算墙体外表面回波与内表面回波的延时差估计值Δτ′_W。

Δτ′_W＝t″_w-t′_w    (1)

其中，t′_w、t″_w分别为墙体外表面与墙体内表面的响应时间，即对应墙体回波数据的第一个和第二个包络峰值。此时得到墙体等效估计厚度为

D~′=ΔτW′c/2---(2)]]>

其中c为自由空间下光速。

步骤②：构造含参变量D的图像域补偿因子

对初始成像结果g(x，y)进二维傅里叶变换，则得到G(k_x，k_y)，其中k_x和k_y分别为x和y的傅里叶变换对偶变量，称为方位向波数和距离向波数。构造图像域补偿矩阵F(k_x，k_y)|_D为