一种用于超宽带穿墙雷达的目标边界成像方法

摘要

一种用于超宽带穿墙雷达的目标边界成像方法，涉及在有限距离下超宽带穿墙雷达系统对墙后隐藏目标边界成像技术。该方法包括：建立穿墙雷达目标边界成像场景中墙体模型，设置成像所需系统参数；输入阵列天线回波信号，并对输入的回波信号进行累积平均和匹配滤波处理，得到高信噪比输出信号；利用三次样条函数对上步输出信号进行拟合插值运算，提取准波前；根据准波前集合计算曲线簇，计算曲线簇的包络线；对上步中包络线进行拟合，从而得到目标边界图像。此方法将墙体的存在对电磁波传播的影响考虑在内，可以实现对墙后隐藏目标边界准确成像，且具有较高的运算效率。

主权项

1.一种用于超宽带穿墙雷达的目标边界成像方法，其主要步骤如下：步骤1：建立穿墙雷达目标边界成像场景中墙体模型，设置成像所需系统参数；步骤2：输入阵列天线回波信号，并对输入的回波信号进行累积平均和匹配滤波处理，得到高信噪比输出信号；步骤3：对高信噪比输出信号进行拟合插值，提取准波前；步骤4：根据拟合插值后的准波前集合计算曲线簇，首先根据电磁波在墙壁与空气分界面上的折射关系满足Snell折射定理，计算(X，-d)位置处天线的发射/接收的电磁波在墙壁与空气分界面的折射点坐标，根据Snell定理$\sin {\theta }_r/\sin {\theta }_i=\sqrt{{ϵ}_r}$得到$[(x-X_1)/\sqrt{{(x-X_1)}^2+y^2}]/[(X_1-X)/\sqrt{{(X_1-X)}^2+d^2}]=\sqrt{{ϵ}_r},$其中，θ_i和θ_r分别为入射角和折射角，墙壁厚度为d，墙壁相对介电常数为ε_r，化简得到关于X₁的四次多项式方程(x-X₁)²[(X₁-X)²+d²]-ε_r(X₁-X)²[(x-X₁)²+y²]＝0，根据两层介质折射点近似确定方法计算折射点位置坐标$X_1=X+d(x-X)/\left[\sqrt{{ϵ}_r}(y+d)\right],$其中，(x，y)为目标边界点坐标；由天线方位向坐标X和折射点位置坐标得到准波前$\begin{array}{c}Y=\mathrm{ct}/2=\sqrt{{(x-X_1)}^2+y^2}+\sqrt{{ϵ}_r[{(X_1-X)}^2+d^2]}\\ =\sqrt{{(x-X)}^2{\{1-d/[\sqrt{{ϵ}_r}(y+d)\left]\right\}}^2+y^2+d\sqrt{{ϵ}_r+{[(x-X)/(y+d)]}^2}}\end{array}$其中，t为天线接收回波中发射脉冲的延迟，c为光速，对于每一个成像区域范围内的y计算出其对应x，对应于所有(X，Y)的(x，y)的集合构成一簇曲线，$F(x,y,X,Y)=\sqrt{{(x-X)}^2{\{1-d/[\sqrt{{ϵ}_r}(y+d)\left]\right\}}^2+y^2}+d\sqrt{{ϵ}_r+{[(x-X)/(y+d)]}^2}-Y=0;$步骤5：计算曲线簇的包络线，即满足条件{(x_e，y_e)|F(x_e，y_e，X，Y)＝0且的点为目标边界点的集合，其中Δ取值范围在[0，0.1]之间，满足条件的点(x_e，y_e)构成的包络线，即目标边界；步骤6：对包络线进行拟合，从而得到目标边界图像。