[发明专利]一种穿墙雷达墙体参数估计方法

说明书

一种穿墙雷达墙体参数估计方法，主要解决现有方法时延估计结果精度较差而导致墙体参数估计结果偏差大的问题。通过七个步骤利用正交匹配追踪稀疏重建算法估计墙体前表面和后表面反射波的时延差，将M个观测位置的时延差估计值和时延差理论值构造成目标函数，通过最小化目标函数对墙体的厚度和相对介电常数进行准确估计，在结合单基地收发同置下墙体后表面和前表面反射波幅度比对墙体的电导率进行准确估计。在墙体参数估计过程中采用正交匹配追踪稀疏重建算法对墙体前表面和后表面的双程传输时延差进行估计，提高了低信噪比下时延差估计结果的分辨率和准确度，从而保证了墙体参数估计的准确度。本发明特别适用于低信噪比情况下对薄层墙体的参数估计。

技术领域

本发明涉及穿墙雷达技术领域，尤其涉及一种穿墙雷达墙体参数估计方法，该方法主要应用于城市执法、灾害救援和军事行动等领域，特别适用于低信噪比情况下对薄层墙体的参数估计。

背景技术

穿墙雷达是一种利用电磁波的低频穿透特性对墙后隐蔽目标进行探测的透视成像技术，在穿墙雷达探测过程中，如果墙体参数(介电常数、电导率、墙体厚度)已知，很多成像算法(例如后向投影算法等)容易消除由墙体引起的位置偏移效应。但在实际应用中，墙体参数是无法提前知晓的，墙体参数的估计精度会造成成像质量下降、目标位置定位的偏差以及出现虚假目标等问题。因此，如何对墙体参数进行有效准确估计，是目前穿墙雷达面临的难题之一。

针对穿墙雷达的墙体参数估计，已有若干学者对其进行研究并提出了一系列方法。从回波利用情况来看分为两种，一种是从墙体前后表面回波中提取包含墙体参数的信息，通过相关函数公式推算确定墙体参数；另外一种是采集墙后目标回波数据并对其进行成像定位，通过多次图像质量评估、定位修正寻求最优墙体参数。

目前，通过测量墙体前后表面反射回波时延差的方法可以估计墙体参数，现有的时延估计方法通常采用基于快速傅里叶变换和子空间超分辨率方法，但这些方法受到墙体的厚度大小和测量数据信噪比的制约，墙体前表面和后表面反射回波的时延估计结果精度较差，从而导致墙体参数估计结果具有很大偏差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种穿墙雷达墙体参数估计方法，实现在穿墙雷达探测过程中对墙体参数进行准确估计。利用正交匹配追踪稀疏重建算法估计墙体前表面和后表面反射波的时延差，基于M个观测位置的时延差估计值和时延差理论值构造目标函数，通过最小化目标函数实现对墙体的厚度和相对介电常数进行准确估计，在结合单基地收发同置下墙体后表面和前表面反射波幅度比对墙体的电导率进行准确估计。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种穿墙雷达墙体参数估计方法，包括以下步骤：

步骤1：穿墙雷达发射天线和接收天线到墙体前表面的距离均为r，发射天线保持不动，接收天线沿着水平测线方向按固定步长移动M次，共得到M个观测位置，在每个观测位置记录N个均匀频率点的测量数据，将第m(m＝0，1，…，M-1)个观测位置测量数据表示为N×1维向量T_m＝[T_m(f₀)，T_m(f₁)，…，T_m(f_N-1)]^T，f_n＝f₀+nΔf为第n(n＝0，1，…，N-1)个频率点的频率，f₀为穿墙雷达系统的起始频率，Δf为频率步进间隔；

步骤2：将收发天线置于自由空间中，对应每个和步骤1相同的收发天线间距，记录N个均匀频率点的天线直达波测量数据，将第m(m＝0，1，…，M-1)个观测位置测量数据表示为N×1维向量b_m＝[b_m(f₀)，_bm(f₁)，…，b_m(f_N-1)]^T；