一种电磁波穿透两层介质板的传播时延的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种电磁波穿透两层介质板的传播时延的计算方法，当电磁波斜透射到介质板上时，将电磁波的传播路径分为四段，分别是在介质板两侧传播的路径和在两种介质板中传播的路径。电磁波入射到上层介质板表面时的入射角和透射出下层介质板时的折射角是相等的，据此建立一个关于电磁波在两种介质板中传播路径的横向长度的二元四次方程组，通过求解该方程组，获得电磁波在上下两层介质板中传播路径的两个横向长度，进而计算获得电磁波穿透两层介质板的总的传播路径和总传播时延。该方法避免了传统的三维搜索或求解三元四次方程组的时延计算方法，大大降低了运算量，适用于表层穿透雷达探测时对目标的实时定位和高分辨成像处理。
【专利说明】一种电磁波穿透两层介质板的传播时延的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表层穿透雷达探测成像【技术领域】，具体涉及一种电磁波穿透两层介质板的传播时延的计算方法。
【背景技术】
[0002]表层穿透雷达是一种有效的无损探测技术。它通过空域扫描向探测区域发射电磁波并接收散射回波，可实现对表层遮蔽区域内部的成像处理，获得未知区域中的隐蔽目标参数，即目标分布信息和散射强度信息，有效应用于墙体后人员探测、废墟中人员定位等多种场合。在对墙体后或废墟中人员进行探测时，雷达天线和被测人员都处于空气中，中间有墙体做为障碍物，一般墙体可视为由水泥层和砖块组成的2层层状介质板。
[0003]表层穿透雷达的定位和成像方法有多种，其中关键的一个处理步骤便是对电磁波传播时延的计算。根据传播时延，即可进行后续的空间定位和高分辨成像处理。对探测区域中的每一网格位置(xb，zb)，根据探测扫描场景分别计算各测点对应的发射天线χτ和接收天线Xr到成像点(Xb，Zb)的电磁波单程传播时延。
[0004]计算电磁波穿透单层分界面传播的时延值，常用的方法有搜索法、线性近似法[参考文献:Ε.M.Johansson, J.E.Mast, Three dimensional ground penetrating radarimaging using a synthetic aperture time—domain focusing，in:Proceedings of theSPIE Conference on Advanced Microwave and Millimeter Wave Detectors，2275，1994，pp.205-214.】和双曲线波前近似法【参考文献:Rappaport, C.，A novel, non-1terative,analytic method to find the surface refraction point for air-coupled groundpenetrating radar， Proceedings of the5th European Conference on Antennas andPropagation (EUCAP)，1786-1789，2011】。
[0005]计算电磁波穿透两层分界面传播时延值，传统的计算方法是通过三维搜索获得单程传播时延的极小值，即
[0006]
【权利要求】
1.一种电磁波穿透两层介质板的传播时延的计算方法，电磁波从介质板一侧的发射点A开始传播，入射到第一层介质板表面的C点，折射波在第一层介质板里传播一段距离后从第一层介质板另一侧表面的D点折射进去，接着再进人第二层介质板里传播一段距离后从另一侧E点折射出去，再传播一段距离后到达介质板外侧的接收点B ; ε i为介质板两侧环境中的相对介电常数，ε 2为第一层介质板中的相对介电常数，83为第二层介质板中的相对介电常数，Cl1为第一层介质板的厚度，d2为两层介质板的总厚度，Cl2-Cl1S第二层介质板的厚度，将第一层介质板靠近A点的表面定义为z = O，z表示纵坐标，Xa为A点的横坐标，为A点的纵坐标，Xb为B点的横坐标，Zb为B点的纵坐标；ε 1、ε 2、ε 3、(I1 > d2、xa、za、xb和zb均为已知量； 其特征在于，电磁波从A点到B点的传播时延计算方法包括以下步骤: 1)计算电磁波分别在两层介质板中传播路径的横向距离Iml和Im2; Iml和Im2为求解以下二元四次方程组的实根，约束条件为:0 ( Iffll < xb-xj>O≤ lm2 ≤ I Xb-Xa I _lml ;
2.根据权利要求1所述的电磁波穿透介质板的传播时延的计算方法，其特征在于，介质板两侧环境为空气，即^为I。
3.根据权利要求1所述的电磁波穿透介质板的传播时延的计算方法，其特征在于，所述介质板为墙体、水泥板或木板。
4.根据权利要求1-3所述的电磁波穿透介质板的传播时延的计算方法，其特征在于，步骤I)中的二元四次方程组的求解采用数值求解方法。
【文档编号】G01S13/89GK104020470SQ201410298527
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】雷文太, 史瑀佳, 施荣华 申请人:中南大学