[发明专利]一种利用压缩感知提高微波成像线性度的方法

说明书

本发明公开了一种利用压缩感知提高微波成像线性度的方法。搭建微波成像系统，在较大介电常数待测目标周围一圈间隔均布布置有多个收发天线，所有收发天线中的一个作为发射天线朝向待测目标发出电磁波形成入射场，入射场在待测目标周围形成散射场，其余的收发天线作为接收天线对散射场进行均匀接收，根据待测目标的大致位置范围建立初步的成像区域，使得待测目标位于初步的成像区域内，增大待测目标和成像区域之间的空间稀疏特性，采用压缩感知方法对接收的散射场信号进行处理成像，随着成像算法的线性度提高，成像效果理想。本发明方法可有效地改进传统微波成像算法针对较大介电常数目标成像时的非线性，具有实施简便、计算快速等特点。

技术领域

本发明涉及了一种提高微波成像性能的方法，尤其是涉及了一种利用压缩感知提高微波成像线性度的方法。

背景技术

微波成像是指以微波作为信息载体的一种成像手段，其原理是利用微波频段的电磁波照射待测目标，通过被目标激发的散射场测量值来重构目标的形状或介电常数分布。微波成像在本质上是一个逆散射问题，其根据散射的回波信号反演提取目标特征信息。微波成像具有安全、非接触、成本低等特点，因此广泛应用于安全检查、隔墙监视、医学成像等军用、民用领域。

尽管电磁逆散射问题拥有广泛的应用前景，而且相关领域的研究也已取得进展，但电磁逆散射技术的应用仍存在诸多问题。电磁逆散射问题在本质上是属于病态性的非线性问题，其求解难度大。为此，研究人员开发了不同的求解方法，例如Born迭代方法(BIM)、变形Born迭代方法(DBIM)、对比源反演方法(CSI)、包括高斯牛顿法(GNI)、子空间优化算法(SOM)等。然而大介电常数所带来的强非线性，导致大多数算法无法对大介电常数的目标进行成像和计算。此外，目前许多电磁逆散射算法使用迭代技术，计算量较大，计算资源需求较高，这也是制约电磁逆散射技术应用的一个瓶颈。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供了一种利用压缩感知提高微波成像线性度的方法。本发明方法可有效地改进传统微波成像算法针对较大介电常数目标成像时的非线性，具有实施简便、计算快速等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)搭建微波成像系统，微波成像系统包括多个收发天线，在较大介电常数的待测目标周围一圈间隔均布布置有多个收发天线，所有收发天线中的一个作为发射天线朝向待测目标发出电磁波形成入射场，入射场在待测目标周围形成散射场，其余的收发天线作为接收天线对散射场进行均匀接收，完成对信号的空间均匀采样；

2)根据待测目标的大致位置范围建立初步的成像区域，使得待测目标位于初步的成像区域内，采用压缩感知方法对接收的目标散射场信号进行处理成像，成像效果不理想；

3)增大待测目标和成像区域之间的空间稀疏特性，再次采用压缩感知方法对接收的散射场信号进行处理成像，随着成像算法的线性度提高，成像效果理想。

所述的待测目标的介电常数在7以上。

所述的增大待测目标和成像区域之间的空间稀疏特性具体是通过增大包含待测目标的成像区域实现，即增大成像区域，待测目标保持不变。

本发明特殊地针对较大介电常数目标，在较大介电常数目标微波成像下增加成像区域的空间稀疏度，建立入射场和散射场之间的线性成像模型，进而结合压缩感知算法，提高微波成像算法的线性度，最终实现针对较大介电常数目标的成像。

所述的步骤1)中，收发天线工作频率对应的波长为λ，调整成像区域设置为边长为2λ的正方形区域，待测目标位于成像区域的正方形区域内。

所述的收发天线为单频天线。

本发明所述方法适应于压缩感知算法框架的线性成像模型，不适用于压缩感知算法以外的线性成像模型。