Wal I2中的传播时延为：
(9)
[0049]
[0050] 步骤2-3 :计算出电磁波在从发射天线1"传播到像素单元q的过程中，电磁波在空 气中的传播距离，其表达式为：
[0051]
(10)
[0052] 其中像素单元q的坐标为（X,，yq)。
[0053] 步骤2-4 :根据以上计算过程，同理计算出对应于接收天线Rn的电磁波传播时延 或距离，如下所示： (11)
[0054] (12)
[0055]
[0056] (13)
[0057] 其中，奴,Wl，\ ，/u,.&分别为电磁波从像素单元q传播到接收天线&的过程中 电磁波在Wal I1，Wal 12与空气中的传播时延或距离。
[0058] 步骤2-5 :计算入射角I，根据几何关系，电磁波从发射天线!^专播到像素单元q 的传播距离的水平分量等于发射天线Tm与像素单元q的横坐标之差的绝对值，表示如下：
[0059]
[0060] 其中，·\为发射天线Tm的横坐标，与分别表示电磁波在从发射天线Tm 传播到像素单元q的过程中，电磁波在1&111与1&11 2中传播距离的水平分量，其表达式为：
[0061] (15)
[0062] (16)
[0063] 联立式（14)，（15)，（16)即可求解出士，同理亦可求出对应于接收天线的入射角 .
[0064] 综上，对应于发射天线Tm，接收天线Rn，像素单元q的聚焦时延τ mqn表示式如下：
[0065]
[0066] 步骤3 :BP成像
[0067] 根据BP成像原理，像素单元q的像素值I (q)为：
[0068]
(18)
[0069] 遍历整个成像区域像素单元即可得到最终的成像结果。因此，相比于现存的补偿 方法，本发明能够实现对多层非均匀墙体的补偿。
[0070] 实施例
[0071] 仿真采用两发八收天线阵列，阵列布局如图4所示发射天线与接收天线间距为 15cm，接收天线之间距离为30cm。发射天线阵列孔径为LT = 2. 4m，接收天线阵列孔径为LR =2. lm。发射信号为Sinc脉冲信号，带宽为IGHz，中心频率为I. 5GHz。仿真场景如图5所 示，天线阵列距墙2m，Wall1墙体厚度为0. 2m，Wall 2墙体厚度为0. 3m，假设两堵墙体由于受 到空气湿度的影响其介电常数分别为ejy)与e2(y)，可以表示成如图6所示。点目标坐 标为（1，9)，目标回波信噪比设置为-15dB。下面采用本文提出的方法对墙体进行补偿。为 简化起见，以计算从发射天线T1到接收天线R1的聚焦时延τ lql为例
[0072] 步骤1 :获得距离像
[0073] 根据式（1)可以得到距离像矩阵为：
[0074]
(19)
[0075] 如图7所示，其中s⑴为Sinc脉冲信号。
[0076] 步骤2:计算聚焦时延
[0077] 步骤2-1 :以Wall1为例，将墙体沿着厚度方向上细分成足够多的小层，当这些小 层中的最厚的一层的厚度趋近于〇时，每一小层可以看作是均匀的，则可以利用折射定律 来计算电磁波穿透墙体的时延。
[0078] 步骤2-2 :计算对应于发射天线，电磁波在墙体中的传播时延，将(I1= 0. 2, d2 = 0.3, hQ= 2, Ill= 6以及ε Jy)与e2(y)(如图6所示）代入式⑶与式（9)即可得到 7T1^1，iVnW 2 (含有? 参数）。
[0079] 步骤2-3 :计算对应于发射天线，电磁波在空气中的传播时延，将相关参数代入式 (10)，即可求出Ιν,Τ,。
[0080] 步骤2-4 :计算对应于接收天线，电磁波的传播时延，将相关参数代入式（11)， (12)，（13)，即可求出 7R1,W1，tR1,W 2，LtR1 (含有 I 参数）。
[0081] 步骤2-5 :计算入射角，根据几何关系，电磁波从发射天线1\传播到像素单元q的 传播距离的水平分量等于发射天线T1与像素单元q的横坐标之差的绝对值，如式（14)所 示，将式（15)，式（16)代入式（14)，然后再将有关参数代入式（14)即可解得入射角A，同 理可以求出&。最终将求得的入射角代入式（17)即可求出聚焦时延τ lql，同理也可求出其 它的聚焦时延。
[0082] 步骤3 :BP成像
[0083] 将上步中的聚焦时延代入式（18)，遍历整个成像区域像素单元即可得到最终的成 像结果。使用此补偿方法最终BP成像结果如图8所示，未使用墙体补偿方法最终BP成像 结果如图9所示，对比两图可以发现此补偿方法可以聚焦多层墙体后的目标、将目标补偿 到真实位置。
【主权项】
1. 一种针对已知多层非均匀墙体的聚焦时延计算方法，该方法包括： 步骤1 :通过M个发射天线，发射信号，通过N个接收天线的阵列接收信号；每个接收天 线都会接收各发射天线的发射信号，并计算收到信号的时延，获得MXN个时延数据； 步骤2 :获取墙体的信息，包括：墙体的数量、厚度、位置、墙体介电常数与腔体纵深的 关系式； 步骤3 :将成像场景划分为有限个像素单元，根据几何关系：电磁波从发射天线到各像 素单元的传播距离的水平分量等于发射天线与像素单元的横坐标之差的绝对值，不同发射 天线到不同像素单元的入射角度； 步骤4 :将墙体沿着厚度方向上细分成无限小层，这些小层的厚度无限接近于0,视为 每小层为均匀墙体；利用步骤2获得墙体信息和步骤3获得的针对不同发射天线到不同像 素单元的入射角度，利用折射定律计算出各发射信号到达各像素单元的时延；采用相同的 方法获得不同像素单元到不同接收天线信号所需的时间；从而获得针对同一个像素单元不 同发射天线与不同接收天线之间信号的时延； 步骤5 :将步骤1获得时延数据与步骤4获得各像素单元的时延进行匹配，找到最为匹 配的一个像素区域，认定其为目标区域。2. 如权利要求1所述的一种针对已知多层非均匀墙体的聚焦时延计算方法，其特征在 于所述步骤3的几何关系：电磁波从发射天线到像素单元q的传播距离的水平分量等于发 射天线与像素单元q的横坐标之差的绝对值的表示为：其中：像素单元q的坐标为（xq，yq)，.',为发射天线Tm的横坐标，与分别表 示电磁波在从发射天线"^传播到像素单元q的过程中，电磁波在Wall1与Wall2中传播距 离的水平分量，N个接收天线的天线阵列距离第一堵墙为tv两堵墙间距为h，两堵墙厚度 分别为dpA，介电常数与纵轴y的关系分别为￡l(y)，e2(y)，％"为入射角。3. 如权利要求1所述的一种针对已知多层非均匀墙体的聚焦时延计算方法，其特征在 于所述步骤4采用如下公式计算信号在单个墙体中的时延：
【专利摘要】该发明公开了一种针对已知多层非均匀墙体的聚焦时延计算方法，属于穿墙雷达目标成像技术领域，特别涉及到穿墙雷达多层非均匀墙体补偿。首先获得距离像，即目标的回波信息；其次将墙体细分成足够多的小层，这样每一小层可以看作是均匀的，根据折射定律写出电磁波从发射天线到达接收天线的传播时延表达式；随后根据几何关系计算出入射角，即可得到聚焦时延；最后BP成像。综上所述，本方法能够针对介电常数在墙体厚度方向上变化的墙体进行精确补偿，准确计算出电磁波穿透墙体所产生的延时。
【IPC分类】G01S13/89, G01S13/88
【公开号】CN104914431
【申请号】CN201510222260
【发明人】崔国龙, 李亚成, 季鹏, 郭世盛, 孔令讲, 杨晓波, 张鹏, 易伟
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月5日