穿墙雷达成像的方法

摘要

本发明提供了一种穿墙雷达成像的方法。该方法在雷达成像处理过程中，对频谱数据乘以墙体补偿因子，补偿因子使用了精确的物理模型，考虑了电磁波与墙体之间的相互作用，从而消除了墙体对成像位置的影响，保证了成像准确性。此外，由于墙体影响的消除在频域进行，只涉及乘法运算，并且补偿因子计算无需求解非线性方程，因此计算量较小。

主权项

一种穿墙雷达成像的方法，其特征在于，包括：步骤A，在墙体外发射雷达波，并接收该雷达波在z＝0处的时域回波数据d′₂(x,y,z＝0,t)；步骤B，将所述时域回波数据取三维傅里叶变换，得到频域回波数据D₂(k_x,k_y,z＝0,ω)；步骤C，采用如下相位偏移公式，所述频域回波数据D₂(k_x,k_y,z＝0,ω)进行相位偏移，得到整个成像区域的频域回波数据D₂(k_x,k_y,z,ω)：$D_2(k_x,k_y,z,\omega )=D_2(k_x,k_y,z=0,\omega )e^{{\mathrm{ik}}_{z}z};$步骤D，对整个成像区域的频域回波数据D₂(k_x,k_y,z,ω)乘以一个与墙体影响相关的复数因子以补偿墙体对成像结果的影响，得到频率频域回波数据：$D_2^{\prime }(k_x,k_y,z,\omega )=\frac{F_{uv}^{*}(k_x,k_y,k)}{\left|\right|F_{uv}^{*}(k_x,k_y,k)|{|}^2}{D}_2(k_x,k_y,z,\omega )$其中，c为电磁波在自由空间的传播速度，||·||²表示取模，(·)^*表示取共轭；$F_{uv}(k_x,k_y,k)=\frac{T^{TM}}{k_0^2{k}_{\rho }^2{k}_{0z}}\left[\begin{array}{ccc}{k}_x^2& k_x{k}_y{k}_{0z}^2& k_x{k}_{0z}{k}_{\rho }^2\\ k_x{k}_y{k}_{0z}^2& k_y^2{k}_{0z}^2& k_y{k}_{0z}{k}_{\rho }^2\\ k_x{k}_{0z}{k}_{\rho }^2& k_y{k}_{0z}{k}_{\rho }^2& k_{\rho }^4\end{array}\right]+\frac{T^{TM}}{k_{\rho }^2{k}_{0z}}\left[\begin{array}{ccc}{k}_y^2& -k_x{k}_y& 0\\ -k_x{k}_y& k_x^2& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$$\begin{array}{cc}{T}^{TE}=\frac{(1-{\left(R^{TE}\right)}^2)\exp \left(i\right(k_{1z}-k_{0z}\left)d\right)}{(1-{\left(R^{TE}\right)}^2)\exp \left(i2k_{1z}d\right)},& T^{TM}=\frac{(1-{\left(R^{TM}\right)}^2)\exp \left(i\right(k_{1z}-k_{0z}\left)d\right)}{(1-{\left(R^{TM}\right)}^2)\exp \left(i2k_{1z}d\right)}\end{array}$T^TE,T^TM分别是TE波和TM波的传输系数；$\begin{array}{cc}{R}^{TE}=\frac{k_{0z}-k_{1z}}{k_{0z}+k_{1z}},& R^{TM}=\frac{{ϵ}_r{k}_{0z}-k_{1z}}{{ϵ}_r{k}_{0z}+k_{1z}}\end{array},$R_TE，R_TM分别为TE波和TM波的反射系数；ε_r＝ε₁/ε₀为分层介质两侧介电常数之比；$\begin{array}{ccc}{k}_{0z}=\sqrt{k^2-k_{\rho }^2},& k_{1z}=\sqrt{k_1^2-k_{\rho }^2},& k_{\rho }^2=k_x^2+k_y^2\end{array},$k是自由空间波数，k₁是墙体的波数，d是墙体的厚度；步骤E，将乘以复数因子后的频域回波数据中的变量ω转换到变量k_z，得到波数域回波数据，其中，ω为时间t对应的角频率，k_z为空域变量z在波数域对应的波数变量；步骤F，将所述波数域回波数据对其关于k_x项求逆傅里叶变换得到空间‑波数域回波数据，其中，k_x为空域变量x在波数域对应的波数变量；以及步骤G，对所述空间‑波数域回波数据对其关于k_z项变换到空时域，从而得到消除墙体影响后的雷达成像结果。