[发明专利]一种基于逆时反演的穿墙雷达基准面校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基准面校正方法，特别是涉及一种基于逆时反演的穿墙雷达基准面校正方法，属于穿墙雷达成像技术领域。

背景技术

超宽带穿墙成像雷达在反恐、地震灾害的搜救工作中起着不可或缺的作用，而在现有的超宽带穿墙雷达相关文献中，模型建立多是以天线阵列紧贴墙体或者与墙体平行为前提。然而在实际应用中，无法保证天线阵列与墙体平行，尤其是某些特殊场合，如反恐或人质解救。如果现有算法不做任何改动，直接应用于天线阵列倾斜的情况，那么基于时延估计的算法则会产生较大的误差，而某些其他算法则可能会直接失效。因此，考虑天线阵列与墙体之间存在未知倾角的模型是有必要的。

针对这一问题，现有文献已针对倾斜MIMO阵列条件下的穿墙雷达成像问题进行了研究。其以几何模型与信号时延为切入点，估计MIMO阵列与墙体的相对位置关系(倾角和距离)，并且估计了墙体未知参数(介电常数与厚度)。通过估计上述未知参数，对成像进行补偿，达到修正墙后目标位置的目的。然而，该算法仍完全依赖于时延估计，目标位置修正的精度仍会受限于时延估计的精度。

因此，如何在天线阵列倾斜的情况下，通过基准面校正，实现穿墙雷达成像的目标位置精准有效，是具有十分重要的实际应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于逆时反演的穿墙雷达基准面校正方法，特别适用于天线阵列倾斜的情况；能够有效地消除天线阵列倾斜造成的目标错位与畸变的影响，与已有方法相比，可提供更高的成像精度，并且实现简便、可得到真实的场景成像，具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于逆时反演的穿墙雷达基准面校正方法，包括以下步骤：

1)建立穿墙成像模型；

假设需搜索的目标置于两层墙体之间，两层墙体依次为前墙体和后墙体；

将天线阵列布置于前墙体之外的倾斜测线上，设天线阵列与水平面之间存在倾角θ，并设天线阵列的阵列中心与前墙体之间的垂直距离为η；

2)估计未知参数；

通过天线阵列接收到的回波信号时延，估计出天线阵列与水平面之间的倾角θ、以及天线阵列的阵列中心与前墙体之间的垂直距离η这两个未知参数；

3)基准面校正；

根据步骤2)估计得到的未知参数，确定天线阵列的坐标，并确定水平基准面；再根据电磁波逆时传播原理，将倾斜测线上的天线阵列延拓至水平基准面，则将其等效于布置在水平基准面的虚拟天线阵列接收回波信号，获得没有发生畸变的目标成像结果。

本发明进一步设置为：所述目标为电导体。

本发明进一步设置为：所述前墙体和后墙体均为均匀介质板，均匀介质板的厚度为d、相对介电常数为ε_r、电导率为σ。

本发明进一步设置为：所述天线阵列包括均匀分布于倾斜测线上的两个发射阵元、一个收发阵元、以及N个接收阵元组成，其中N为大于等于4的偶数；所述收发阵元位于中心，为天线阵列的阵列中心；两个发射阵元位于天线阵列的两端，N个接收阵元依次均匀分布于倾斜测线上。

本发明进一步设置为：所述步骤2)估计未知参数，具体为，

2-1)设收发阵元为TR，收发阵元TR关于前墙体前表面的镜像为TR'；

设任意一对以收发阵元TR为中点、并与收发阵元TR等距呈对称分布的接收阵元为R_n和R_(N-n+1)，N为大于等于4的偶数、n为大于等于1的自然数；

2-2)收发阵元TR接收到前墙体的回波信号，根据回波时延，通过式(1)计算估计出天线阵列的阵列中心与前墙体之间的垂直距离η，

其中，t_TR为收发阵元TR与前墙体前表面的回波时延，c为电磁波在空气中的传播速度；

2-3)由收发阵元TR发射的电磁波信号，经前墙体前表面反射，由任意一对接收阵元R_n和R_(N-n+1)接收；将接收阵元R_n和R_(N-n+1)的回波时延和分别表示为式(2a)和式(2b)，

其中，l_n为收发阵元TR与接收阵元R_n或R_(N-n+1)之间的距离，θ_n为接收阵元R_n与水平面之间的倾角；