[发明专利]一种基于墙体前表面能量对消的墙体参数估计方法

说明书

本发明公开了一种基于墙体前表面能量对消的墙体参数估计方法。基于接收到的回波信号的构成，对该信号进行分别处理，将该信号的直达波、墙体前表面回波、墙后目标回波消除，获得墙体后表面回波信号和噪声混杂的信号。之后对该信号进行分析，获得能量值最高的时刻，即为计算墙体参数估计公式中，墙体后表面回波的时延精估计值。之后利用牛顿迭代法求解墙体参数，这种方法可以快速并且精准的估计出墙体参数，无需遍历搜索，且即使在墙后表面能量低的情况下，也不会失效。

技术领域

本发明涉及一种基于墙体前表面能量对消的墙体参数估计方法，属于穿墙雷达技术领域。

背景技术

穿墙雷达成像是近些年快速发展起来的一种对墙后目标进行微波成像的技术，他能够对墙体后的目标进行探测、成像、定位、跟踪与识别等，因此在城市巷战、反恐安保、灾害及人质救援有着广泛的应用。

在电磁波信号穿透墙壁的过程中，电磁波会经历折射、反射和多径传播及传播速度改变等过程，这意味着目标的回波信号将会存在显著的衰减、失真、额外的时延以及相位的突变等。这些效应都会对后续的信号处理过程和对目标区域进行准确的成像带来极大的挑战，需要对获得的信号进行细致的考虑和仔细的处理。由于墙体的材料、建筑机构、厚度等特性往往各不相同，很难用一个统一的模型来描述他们对电磁波传播的影响，因此，对于不同电磁属性的墙体需要更为细致的研究。在一般意义上的透障成像中，墙体信息都被假定为已知的。但在真实情况中，墙体的主要属性，例如介电常数和厚度，往往都是未知的，而这会给成像处理带来极大的困扰，造成图像质量的下降。为此，需要获得墙体的准确参数。

现有的墙体未知参数估计有以下几种方案：一是通过对墙体实测数据与建模数据间的相关系数的计算，搜寻使相关系数达到最大时的模型，并将此模型的参数作为墙体参数的估计。二是通过图像质量评价准则对成像结果进行评价，通过不断改变假设的墙体参数，直到获得图像质量指标最高的成像结果，并将此时假设的墙体参数作为真实参数的最优估计。上述两种方法都是通过搜索遍历进行估计，计算速度慢。三是通过分析墙体参数误差与成像结果中目标位置的关系，在一次观测中假设不同的墙体参数进行多次成像来获得目标位置的变化轨迹，后通过不同天线轨迹的观测，将获得的多条目标轨迹的交叉点作为目标的真实位置，并将此位置对应的墙体参数作为真实参数的估计值，但此方法需要多次成像，计算效率较低。四是通过改变天线之间的相对位置，测量每一位置下墙体前后表面回波时延，并利用几何关系建立墙体参数的方程组，最后通过最小二乘法求解墙体未知参数，此方法在墙后表面能量低的情况下失效。五是利用支持向量机对未知墙体进行参数估计的方法，此方法受到目标位置、大小和形状变化的影响较大并且无法预测多层墙体未知参数。

综上所述，目前没有一种快速并且精确的墙体参数估计方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于墙体前表面能量对消的墙体参数估计方法。能够实现通过对回波信号的处理后，获得墙体参数。

一种基于墙体前表面能量对消的墙体参数估计方法，采用n对收发天线，将一个接收天线接收到的回波信号进行脉冲压缩处理及去直达波处理，并以处理后的信号回波能量最强的时刻作为中心点，将所述中心点左右对称的信号进行对消处理，以消除回波信号中墙体前表面能量，凸显墙体后表面回波；对对消处理后的信号做MUSIC处理，并取MUSIC处理后的信号回波能量最强的时刻作为墙体后表面回波的时延τ_bn；

获得两个不同接收天线的墙体后表面回波的时延，分别代入墙体参数估计公式，利用牛顿迭代法求解即可得到墙体未知介电常数ε_r和墙体厚度d；

其中，x_n为发射天线处发射信号到达墙体前表面的距离沿方位向的分量，y_n为发射天线处发射信号从墙体前表面到达墙体后表面的距离沿方位向的分量，x_n和y_n为无需求解的未知量；r为天线与墙体前表面距离，L_n第n组收发天线间距的一半，均由红外测距仪获得。