[发明专利]一种基于贝叶斯压缩感知的多径利用穿墙雷达成像方法

摘要

本发明公开了一种基于贝叶斯压缩感知的多径利用穿墙雷达成像方法。本发明采用单站单收发天线频率步进雷达系统在平行于墙面多个位置发射脉冲串并获取回波信号，通过随机测量矩阵对回波信号进行压缩采样获得相对少量的测量信号，然后联合依据墙体多径反射特性设计好的字典构建压缩感知模型，使用贝叶斯压缩感知方法将墙后场景信息从测量信号中重构出来，最后利用重构出的信息完成穿墙雷达成像。本发明降低了成本，缩减了记录时间，同时贝叶斯压缩感知技术的使用使得计算速度更快、所需观测数据量更少，结合多径利用方法得到的图像精度更高且有效地抑制了虚影的出现。

主权项

1.一种基于贝叶斯压缩感知的多径利用穿墙雷达成像方法，其特征在于，采用单站单收发天线频率步进雷达系统发射脉冲串并获取回波信号，然后通过基于贝叶斯压缩感知的多径利用方法处理回波信号并完成成像，具体实施步骤如下：步骤1、将穿墙雷达置于初始位置即距墙体外墙面垂直距离d_r处，整个方法共需要M个穿墙雷达的观测位置，该M个观测位置距墙体外墙面垂直距离均为d_r；步骤2、穿墙雷达的发射天线发射一串频率步进信号，该串频率步进信号包含N个频率步进脉冲，接收天线分别接收各频率下的回波信号z_n,m，n∈{1,2,...,N},m∈{1,2,...,M}；接收天线在第m个穿墙雷达观测位置获取的总回波信号表示为Z_m＝[z_1,m,z_2,m,...,z_N,m]^T；步骤3、通过高斯随机测量矩阵Φ_m对回波信号Z_m做压缩采样，得到测量向量Y_m进行存储；步骤4、沿平行于墙壁方向移动穿墙雷达至下一个观测位置，重复步骤2、3，继续移动穿墙雷达，直至获得M组测量信号为止；步骤5、对成像区域进行网格化分，基于接收信号的相关域信息以及各网格像素与各观测位置间的传播时延构建M个字典Ψ_m；步骤6、基于M组测量向量、M个字典和M个测量矩阵建立压缩感知模型；步骤7、根据压缩感知模型，通过贝叶斯压缩感知算法将墙后图像信息矢量s重构，从而完成墙后场景成像；步骤2中所述频率步进信号的脉冲周期为T_r，载频起始频率为f₁，频率步长为Δf，频率步进数为N，第n个脉冲信号频率为f_n，信号带宽f_B＝f_N‑f₁，雷达分辨率即为c/2f_B，c为光在空气中的传播速度；步骤2中所述接收天线接受的回波信号z_n,m包含目标反射墙面多径反射及噪声v_n,m：其中，目标反射表示为：其中，P表示场景中存在的目标总数，表示第p个目标的反射系数，τ_m,p表示第m个观测位置到第p个目标的往返传播时延，f_n为频率步进信号中第n个脉冲信号频率；墙面多径反射表示为：其中，R表示墙反射路径总数，表示墙反射系数，β_r表示与第r条路径相关的衰变系数，表示第r条反射路径的往返传播时延。