一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法技术

本发明专利技术公开一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，应用于射频成像技术领域，针对现有技术存在的单频带信号成像时产生的模糊和伪影问题，本发明专利技术首先利用收发分置无线节点对从多角度多位置扫描未知场景，获取穿透场景的双频窄带信号，并建立信号模型；然后根据双频窄带信号衰减功率与建立的系统矩阵的关系，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；其次在上述成像方法的每一轮迭代过程中，利用改进型总变分约束优化迭代结果；最后将双频窄带信号得到的成像结果，通过算术融合策略非相干融合得到最终的成像结果；本发明专利技术的方案能有效地减少由窄带信号的信道波动带来的成像伪影问题，并且可以清晰地保留成像结构的边缘信息。结构的边缘信息。结构的边缘信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法


[0001]本专利技术属于射频成像
，特别涉及一种基于窄带信号的射频层析成像技术。

技术介绍

[0002]射频成像
主要是利用射频信号对感兴趣的未知区域进行探测，包括物理目标的定位和成像，建筑布局的成像等，在反恐维稳、灾难救援、医疗监护等领域具有重要的应用价值。在城市环境中，目标通常被墙等物理结构遮挡。为了获取准确的目标状态，获得建筑结构或障碍物的信息是非常有必要的，近些年来该研究也吸引了相当多的关注。
[0003]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像作为传统的成像策略，利用布局结构的全景反射回波进行投影成像。美国陆军研究实验室采用车载合成孔径雷达系统从一个废弃兵营的建筑两侧扫描，并将不同的视角结果合并，得到完整的建筑布局(C.Le,T.Dogaru,L.Nguyen and M.A.Ressler,“Ultrawideband(UWB)Radar Imaging of Building Interior:Measurements and Predictions,”IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol.47,no.5,pp.1409
‑
1420,May.2009.)。中国国防科技大学采用雷达系统发送超宽带信号的形式，构建布局结构的距离多普勒频谱，并设计恒定虚警率检测器提取建筑物布局(Y.Song,J.Hu,N.Chu,T.Jin,J.Zhang and Z.Zhou,“Building Layout Reconstruction in Concealed Human Target Sensing via UWB MIMO Through
‑
Wall Imaging Radar,”IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,vol.15,no.8,pp.1199
‑
1203,Aug.2018.)。尽管上述研究可以得到较好的布局结构成像结果，但是仍受限于系统复杂，体积大，成本高等因素。
[0004]近年来，采用接收信号的功率对布局结构进行重建的工作逐渐发展起来。美国加州大学利用收发分置的雷达节点从不同位置扫描未知场景并获取接收信号的功率，提出基于图像总变差最小化的布局结构重建方法(Y.Mostofi,“Cooperative Wireless
‑
Based Obstacle/Object Mapping and See
‑
Through Capabilities in Robotic Networks,”IEEE Transactions on Mobile Computing,vol.12,no.5,pp.817
‑
829,May.2013.)。中国科学院提出了一种重新加权的总变差和先验信息正则化算法(Q.Guo,Y.Li,X.Liang,J.Dong and R.Cheng,"Through
‑
the
‑
Wall Image Reconstruction via Reweighted Total Variation and Prior Information in Radio Tomographic Imaging,"IEEE Access,vol.8,pp.40057
‑
40066,2020)，该算法基于总变差最小化，同时考虑了墙体仅面向水平方向或垂直方向的先验信息，用于保持墙体的方向。然而，上述研究仅考虑了单频段窄带信号的成像，由于信道的抖动等因素，会导致成像结果中出现伪影和布局结构边缘模糊等现象，从而影响成像质量。因此，研究一种有效的布局结构成像方法，能够解决伪影和成像结构边缘模糊问题，具有比较重要的研究意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，能准确有效地实现未知区域布局结构或物体的成像。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，包括：
[0007]S1、利用收发分置节点对从多角度多位置扫描未知场景，获取穿透场景的双频窄带信号；
[0008]S2、根据接收的双频信号的功率与系统矩阵的关系，建立信号模型；
[0009]S3、基于建立的信号模型，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；
[0010]S4、将双频窄带信号得到的成像结果，通过算术融合策略非相干融合得到最终的成像结果。
[0011]步骤S1在扫描过程中，收发分置节点对中发射节点的天线和接收节点的天线始终保持正对。
[0012]步骤S1每个角度的收发分置节点对采样路径间形成的区域完全覆盖未知场景。
[0013]所述收发分置节点对沿对应角度的采样路径同步等间隔地移动，对未知区域进行扫描。
[0014]采样间隔大于或等于成像网格大小。
[0015]步骤S2所述的信号模型表达式为：
[0016]△
P≈AO
[0017]其中，
△
P为接收信号功率与空场景接收信号功率对消后的衰减功率矩阵，
△
P＝[
△
P1,...,
△
P
M
]T
，上标T表示转置，M为采样总点数；O表示未知区域离散成若干单元格后的衰减率矩阵，O＝[O1,...,O
N
]T
，其中O
n
为单元格n的衰减率，n＝1,2,3,
…
,N；A为M
×
N阶的系统矩阵。
[0018]步骤S3还包括：在每一轮迭代过程中，利用改进型总变分约束优化迭代结果。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术的方法首先根据规划的采样点位置，利用收发分置无线节点对从多角度多位置扫描未知区域，获取穿透场景的双频窄带信号，并建立信号模型；然后根据双频窄带信号衰减功率与建立的系统矩阵的关系，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；其次在上述成像方法的每一轮迭代过程中，利用改进型总变分约束优化迭代结果；最后将双频窄带信号得到的成像结果，通过算术融合策略非相干融合得到最终的成像结果；本专利技术的方法具备以下优点：
[0020]1、成像试验系统复杂度低，成本低，灵活性高且隐蔽性好；
[0021]2、显著地改善了单频段窄带信号成像时的伪影问题和结构边缘模糊问题；
[0022]3、准确有效地实现未知区域布局结构或物体的成像；
[0023]4、本专利技术可以应用于反恐维稳、灾难救援、医疗监护等领域。
附图说明
[0024]图1为收发分置的无线节点对工作示意图。
[0025]图2为具体实施方式中试验场景及试验系统示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，包括：S1、利用收发分置节点对从多角度多位置扫描未知场景，获取穿透场景的双频窄带信号；S2、根据接收的双频信号的功率与系统矩阵的关系，建立信号模型；S3、基于建立的信号模型，分别利用联合迭代成像方法获取各自频段的成像结果；S4、将双频窄带信号得到的成像结果，通过算术融合策略非相干融合得到最终的成像结果。2.根据权利要求1所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，步骤S1在扫描过程中，收发分置节点对中发射节点的天线和接收节点的天线始终保持正对。3.根据权利要求2所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，步骤S1每个角度的收发分置节点对采样路径间形成的区域完全覆盖未知场景。4.根据权利要求3所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，所述收发分置节点对沿对应角度的采样路径同步等间隔地移动，对未知区域进行扫描。5.根据权利要求4所述的一种基于双频窄带信号的联合迭代层析成像方法，其特征在于，采样间隔大于或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭世盛，张扬，崔国龙，陈家辉，袁向东，吴佩仑，孔令讲，杨晓波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：