基于时间反演的成像、定位方法及装置与流程

本发明涉及微波天线，尤其涉及一种基于时间反演的成像、定位方法及装置。

背景技术：

1、随着通信领域的不断发展，无线电子通信技术不断方便人们的生活，人们对于探测系统的探测能力以及适应性等方面有着多样化的需求。分辨率大小一直是成像系统所需要考虑的重要指标参数，且在复杂多径的环境下，成像很容易受到干扰。人们希望不需要大幅增加系统复杂度就可以有效地成像散射体。

2、随着当今电子设备的高频化、小型化和模块化，电磁干扰emi

3、(electro-magnetic interference)问题日益突出。通过电力工作的电子产品都可能向外发射出电磁波，当电磁波强度较大的时候不仅影响自身性能还会干扰其他电子设备，从而影响其他设备的工作。世界各国和国际社会纷纷制定电磁兼容emc(electromagnetic compatibility)的标准。在干扰源和传播途径上可以有效解决电磁干扰，对噪声源进行定位和重建已经成为研究热点之一。

技术实现思路

1、本发明通过一个总构思下的设计能够分别解决以上两个技术问题：基于密闭的时间反演腔和天线探针，天线探针设置在时间反演腔壁开设的端口处；通过所述天线探针接收的电磁波信号采用时间反演的方法进行重新注入，以对时间反演腔内的待测物体或信号发射源进行成像或定位。

2、其中，只需要两根探针就能够实现物体成像。一根发射天线用于发射信号，一根接收天线用于接收信号。本发明测量并记录入射场信号和总场信号。以此计算出散射场信号。并由时间反演方法，通过接收天线注入散射场的反转信号，将物体成像。本发明在密闭的时间反演腔使得信号的收发更加稳定，有效地减少散射体发射的场的消耗。在腔体壁上有n(n>2)个置于不同位置的端口用于连接探针，腔体上的不同端口提供了不同的极化方向。探针能够接收任何频率的电磁波信号。基于时间反演方法，能够将所需得到的信号进行反演从而将腔体内未知的散射体成像。

3、另一方面，在密闭的腔体内，由于多径效应，信息总能够被天线接收，不会遗漏和泄露。因此只需要一根接收天线就能够实现源定位和重建。密闭的腔体使得信号的收发更加稳定，也增强了源重建的鲁棒性。若在腔体壁上有n(n>1)个置于不同位置的端口用于连接探针，不同的位置提供了不同的极化方向，能够更准确地重建干扰源。探针能够接收任何频率的干扰信号。基于时间反演方法，探针接收的信号进行处理后能够准确实现单个干扰源、多个干扰源的定位和重建。

4、为此，本发明具体采用以下技术方案：

5、一种基于时间反演的成像定位方法，基于密闭的时间反演腔和天线探针，所述天线探针设置在时间反演腔壁开设的端口处；通过所述天线探针接收的电磁波信号采用时间反演的方法进行重新注入，以对时间反演腔内的待测物体或信号发射源进行成像或定位。

6、进一步地，对待测物体进行成像的具体方法包括：

7、所述端口至少有两个且位于不同位置，所述天线探针至少包括一个用于发射信号的天线探针以及至少一个用于接收信号的天线探针；

8、通过测量并记录入射场信号和总场信号，以此计算出散射场信号；并由时间反演方法，通过接收天线注入散射场的反转信号，将物体成像。

9、进一步地，通过测量并记录入射场信号和总场信号，以此计算出散射场信号；并由时间反演方法，通过接收天线注入散射场的反转信号，将物体成像的具体过程包括：

10、首先记录待测物体的状态下空腔中两个端口的s参数，若s参数为频域参数，则需将s参数转为时域信号，记录为入射场信号；

11、再记录放置待测物体的状态下两个端口的s参数，若s参数为频域参数，则需将s参数转为时域信号，记录为总场信号；

12、将两次测得的时域信号相减，得到散射场信号，并在时域上反转；

13、把反转后的信号通过发射信号的天线探针重新注入时间反演腔，记录腔体内所有时间步长的场信息；再将场信息由时域转为频域；

14、接着将每个空间位置的频谱转为功率谱并求和；

15、最后通过求和后的功率谱找到待测物体的形状与位置，完成物体成像。

16、进一步地，对信号发射源进行定位的方法具体包括：

17、所述端口和天线探针为一个或一个以上；

18、在时间反演腔体内部的未知位置设置有待定位的电子设备发射源或干扰源；通过所述天线探针接收信号在时域上进行反转，并将反转后的信号通过天线探针重新注入时间反演腔；

19、记录此时注入的电磁场，并对其进行峰度值β计算；

20、通过计算的每个时刻场的峰度值，并找出其最大值，对应的坐标就是待测信号源的位置。

21、进一步地，所述峰度值β计算过程具体为：

22、

23、其中，ns是腔体空间坐标网格点的个数。e(x,y,z,n)是在空间坐标(x,y,z)处，时刻n的电场或磁场值，是坐标(x,y,z)处，所有时刻的电场或磁场的均值。

24、以及，一种基于时间反演的成像定位装置，包括：密闭的时间反演腔和天线探针，所述天线探针设置在时间反演腔壁开设的端口处；通过所述天线探针接收的电磁波信号采用时间反演的方法进行重新注入，以对时间反演腔内的待测物体或信号发射源进行成像或定位。

25、进一步地，在对待测物体进行成像的情况下：所述端口至少有两个且位于不同位置，所述天线探针至少包括一个用于发射信号的天线探针以及至少一个用于接收信号的天线探针，并执行以下操作：

26、首先记录待测物体的状态下空腔中两个端口的s参数，若s参数为频域参数，则需将s参数转为时域信号，记录为入射场信号；

27、再记录放置待测物体的状态下两个端口的s参数，若s参数为频域参数，则需将s参数转为时域信号，记录为总场信号；

28、将两次测得的时域信号相减，得到散射场信号，并在时域上反转；

29、把反转后的信号通过发射信号的天线探针重新注入时间反演腔，记录腔体内所有时间步长的场信息；再将场信息由时域转为频域；

30、接着将每个空间位置的频谱转为功率谱并求和；

31、最后通过求和后的功率谱找到待测物体的形状与位置，完成物体成像。

32、进一步地，在对信号发射源进行定位的情况下：

33、所述端口和天线探针为一个或一个以上；

34、在时间反演腔体内部的未知位置设置有待定位的电子设备发射源或干扰源；通过所述天线探针接收信号在时域上进行反转，并将反转后的信号通过天线探针重新注入时间反演腔；

35、记录此时注入的电磁场，并对其进行峰度值β计算：

36、

37、其中，ns是腔体空间坐标网格点的个数。e(x,y,z,n)是在空间坐标(x,y,z)处，时刻n的电场或磁场值，是坐标(x,y,z)处，所有时刻的电场或磁场的均值；

38、通过计算的每个时刻场的峰度值，并找出其最大值，对应的坐标就是待测信号源的位置。

39、进一步地，所述时间反演腔的内壁采用电磁波反射材质。

40、相比于现有技术，本发明及其优选方案通过时间反演的方法将未知的物体成像，或通过时间反演的方法重建和定位干扰源，方案具有很强的鲁棒性。本发明方案总构思当中，只需要确保时间反演腔体的密闭性，对腔体的形状和尺寸无要求，腔体可以采用电磁波反射材质比如具有导电性的金属等。且对腔体的端口位置无特别要求。

41、一方面，天线探针的数目n只需要n大于等于2，就能够通过探测总场信息，并记录入射场信息。计算得到散射场信息，并通过时间反演方法把未知的物体成像。能够适应复杂的多径环境，计算简单，不需要求解复杂的格林函数。具有高分辨率的优势。

42、另一方面，天线探针的数目n只需要n大于等于1。能够实现单源、多源的干扰源定位和重建，能够消除辐射源对称点的干扰。实现了对电子设备产生的发或辐射源的精准定位和重建。