穿墙雷达未知墙体参数成像与校正方法研究

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自二十世纪末以来,穿墙雷达作为一项新技术在国内外逐渐兴起,因其能够“隔空视物”,即能够对穿墙场景成像,从而确定目标物体的具体位置,且具有分辨率高、穿透性强等特点,因而广泛运用于各种领域。在对穿墙场景进行成像时,电磁波在传播过程中遇到墙体,会发生多次反射和折射,其幅值和相位都会产生衰减和畸变。另外,由于墙体的材质影响,其相对介电常数大于空气的相对介电常数,因此,电磁波在墙体中的传播速度慢于在空气中的传播速度,导致其传播时延增长,进而对成像的目标位置产生影响。不仅如此,在实际应用中,墙体参数是未知的,且墙体一般并非单层均匀介质组成,这给成像工作带来了更大的挑战。针对上述问题,本文做出了以下相关研究:(1)在已知墙体参数情况下,基于折射定理的穿墙雷达成像墙体补偿方法通过计算电磁波在墙体内的折射点坐标,从而确认其传播路径以计算电磁波在墙体内的传播时延,运用BP成像算法能够将目标还原至正确位置。在墙体参数未知的情况下,无法对电磁波的折射点坐标进行准确地计算,运用自聚焦方法确定电磁波传播时延的取值范围,通过图像评价准则对取值范围内所有成像结果进行评价,选取图像质量评价函数达到最大值时的雷达图像作为最终的成像结果,并针对自聚焦算法迭代次数过多、运算量过大的问题提出一种改进的自聚焦算法,提高了计算效率从而节省了计算时间。(2)当墙体为双层,且未知墙体参数的情况下,本文提出基于折射波静校正的穿墙雷达成像合成延迟时算法,首先通过读取回波信息建立超定方程组,以计算外层墙体内电磁波的传播时延,再通过合成延迟时增量估计内层墙体每一通道的电磁波传播时延,最后对每一通道电磁波的异常传播时延进行一一校正,使得成像目标被校正到准确位置。通过仿真实验与数据分析证实了该算法的有效性。(3)运用Lab VIEW软件开发一款穿墙雷达成像合成延迟时方法测试软件,在界面上添加输入控件,能够输入不同墙体参数以及不同强度的高斯噪声,以测试算法的性能。运用Lab VIEW所提供的MATLAB Script节点实现Lab VIEW与MATLAB混合编程,在后面板中对该测试软件的程序框图进行构建,最后输出强度图和波形图,观测雷达成像结果以及目标所在位置的剖面图曲线。
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