[发明专利]一种穿墙成像雷达的墙壁参数估计方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到隐蔽目标探测技术领域，特指一种适用于穿墙隐蔽目标探测领域的墙壁参数估计方法。

背景技术

在对墙壁后隐蔽目标探测中，穿墙成像雷达(Through-Wall Imaging Radar，TWIR)是一种行之有效的手段，已广泛应用于反恐、救援等领域。TWIR发射特定频段的电磁波，穿透墙壁等非金属障碍，对隐蔽目标进行成像。墙壁的存在会造成目标图像的散焦，引起目标位置的偏移，导致目标定位出现偏差，最终影响到穿墙成像雷达的系统性能。在实际应用中，操作人员往往难以获取墙壁的厚度、相对介电常数等参数。因此，TWIR需要对未知的墙壁参数进行自动估计，并补偿墙壁对成像的影响，改善穿墙雷达的成像质量。

通常，TWIR采用后向投影(Back Projection，BP)成像算法。BP成像是一种时域成像算法，其基本原理是：对雷达不同的收发通道中的回波数据根据成像几何进行时延，得到孔径域数据，然后将所有孔径域数据叠加，即完成成像。

然而，在穿墙成像探测应用中，由于墙壁的存在，电磁波会折射进入墙壁传播，且传播速度下降。因此，相对于自由空间成像，对墙壁后隐蔽目标成像时，目标回波会发生滞后，该滞后主要与墙壁的厚度和相对介电常数有关。如若再直接按照BP算法进行成像，则目标处图像会发生散焦，且位置会发生偏移。因此，穿墙成像中，墙壁影响补偿是关键。而在墙壁参数未知情况下，首要任务是进行墙壁参数估计，其中主要的两个参数就是“墙壁厚度”和“墙壁相对介电常数”。

文献Protiva P,Mrkvica J,Machac J.Estimation of Wall Parameters From Time-Delay-Only Through-Wall Radar Measurements.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.59,No.11,4268-4278,2011提出依据墙壁前表面和后表面的回波时延来估计墙壁参数，但实际中很难得到稳定的墙壁后表面回波时延，同时该方法要求雷达信号具有很高的带宽，以分辨墙壁的墙后表面。

文献Wang G,Amin M G.Imaging through unknown walls using different standoff distances.IEEE Transactions on Signal Processing,Vol.54,No.10,4015-4025,2006假定几组墙壁相对介电常数，通过移动天线阵列或者改变天线阵列结构，得到不同的代表目标图像位置随墙壁厚度变化的线性轨迹，并用轨迹的交点来估计墙壁参数。

另有从业者提出通过使用不同假设的墙壁相对介电常数，获得一系列不同位置的目标图像，构建目标不同的轨迹，并利用轨迹交叉点估计墙壁参数。这样就不需要人工操作来移动天线阵列和改变天线阵列结构，不会引入天线位置误差，增加了目标定位精度。如专利：孔令讲，杨晓波，贾勇，杨建宇.一种基于穿墙雷达成像的目标定位方法.申请号200910060343.6。

但是，如若采用上述两种方法在构建目标轨迹线时，均要求目标的成像区域重心保持稳定。而对于隐蔽人员目标等扩展目标而言，成像区域重心并不稳定，这就会降低这类方法估计的精度。