CN111239730A - 一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法。通过天线接收遮挡物后目标被动散射的电磁信号，利用压缩感知实现目标的轮廓成像，再针对轮廓区域利用时间反转提升目标电磁信号的信噪比，达到凝视探测非视线目标的目的；通过有源超表面调制发射多次随机辐射信号并在接收后进行压缩感知计算成像，以判断遮挡区域内的目标个数和轮廓区域；针对目标轮廓区域，进一步通过有源超表面对不同位置获得信号的幅度和相位差进行调整，达到对遮挡物后不同位置处电磁信号的聚焦和扫描。本发明能够对电磁信号无法穿透的墙体、金属结构后的非封闭场景的目标进行探测，拓展传统探测和成像雷达的探测能力，在无人驾驶、医学成像以及复杂环境雷达探测等民用和军事领域有广阔的应用前景。

Description

一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法
技术领域
本发明属于微波成像技术领域，具体为一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法。
背景技术
电磁目标探测一直以来是学术和工程领域的重要研究方向。它可以让无人驾驶车辆和智能机器人对复杂环境进行有效的探测和障碍规避，提升其安全性和可靠性。探测时电磁波源发射的信号受目标影响，导致接收信号变化，即可用于对目标特征进行判断。其中反射、散射和折射是影响电磁波和光波传播的常见的物理过程。当目标被障碍物遮挡时，一般采用可透射障碍物的微波波段或是可绕射障碍物的低频波段进行电磁目标探测。但是在实际中往往会遇到目标被金属物如车辆等遮挡而无法有效探测的情况。
遮挡目标成像被称为非视线成像，它需要对视野所不可达的隐藏场景信息进行分析，通过图像信息处理及特征提取等手段对隐藏场景的目标进行定位、重构及跟踪。此时如能利用环境中多次反射和障碍物散射等信息，就能分别实现被动和主动情况下的遮挡目标探测，缩小盲区、提升复杂环境下的目标识别能力。这不仅在军事侦查方面，在无人驾驶汽车、机器人视觉、医学成像以及搜索救援等领域都有潜在的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中对于金属体、高损耗介质等电磁波无法穿透的遮挡区域目标探测时成像所存在的不足和缺陷，提出一种新型的基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，可在高散射环境下进行遮挡区域目标信号的有效汇聚，抑制目标多径杂波，从而提高成像精度。
本发明采用以下技术方案：
步骤1)将目标区域V均匀分为m个网格，在目标区域内无目标时，将一已知大小、形状的金属物体依次放在每一个网格中，设置m组控制电压施加到天线建立m组具有时间反转特性的探测电磁波；
步骤2)当目标区域V内有目标时，在目标区域V内利用i组控制电压，得到i组具有压缩感知特性的探测电磁波进行多次测量，通过矩阵求逆获得目标所在的轮廓区域V’；
步骤3)从m个网格内选择p个网格，使p个网格覆盖轮廓区域V’，利用p个网格对应的p组具有时间反转特性的探测电磁波向目标发射进行多次测量，每一次测量完成后，对p个网格内的电磁波幅度值进行归一化处理，综合多次测量结果得到目标的精细化成像，具体实施可取大于预设阈值的电磁波幅度值作为目标的成像网格。
所述步骤1)具体为：
步骤1.1)设置两组天线阵列分别为发射模式和接收模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤1.2)将电磁波无法穿透的墙体/金属结构后的非封闭的目标区域V均匀分割为m个网格，对发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元均不施加任何控制电压，将一已知大小、形状的金属物体放置在目标区域V的m个网格进行测量，在每一个网格处，发射天线阵列发射电磁波绕经墙体/金属结构边缘散射后到目标，接收天线阵列接收目标的散射电磁波Emtr；
步骤1.3)在每一个网格内对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个天线罩基本单元施加控制电压，使得发射天线阵列再次发射的电磁波
Figure BDA0002375114980000021
经过有源超表面天线罩后，与步骤1.2)接收目标的散射电磁波Emtr相比，幅度不变，相位相反，从而得到m组控制电压，角标tr代表时间反转中步骤中的测量电磁场。
所述步骤2)具体为：
步骤2.1)将天线阵列的发射模式切换为接收模式，天线阵列的接收模式切换为发射模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤2.2)在目标区域为无任何物体的空场时进行测量，发射天线阵列发射电磁波到有源超表面天线罩表面，接收天线阵列接收目标的散射电磁波，通过对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个天线罩基本单元施加i组随机的控制电压，对接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，发射天线阵列发射电磁波绕经墙体/金属结构边缘散射后到目标，目标反射后在经墙体/金属结构边缘散射后被接收天线阵列接收，到接收天线阵列处的电磁波具有随机的幅度和相位，记为Eics，角标cs代表压缩感知步骤中的测量电磁场；
步骤2.3)在目标区域为无任何物体的空场时，给发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，利用近场测量的方法获得发射天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Etcs，接收天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Ercs；
步骤2.4)将探测目标放置在目标区域V内进行测量，对发射天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元施加与空场测量时相同的i组控制电压，对接收天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，获得接收天线阵列接收到的电磁波的幅度和相位Etotics；
步骤2.5)建立成像***模型为：
g＝Hf
g＝(Etotics-Eics)
H＝EtcsErcs
其中，g代表所有网格的散射回波信号矩阵，H代表成像***的测量矩阵，为发射天线阵列与接收天线阵列在目标区域V处的辐射场的乘积EtcsErcs，f代表所有网格的目标后向散射矩阵；
步骤2.6)通过对步骤2.5)中的后向散射矩阵f进行矩阵求逆，得到比初始的目标区域V更小、更精细的目标轮廓区域V’。
具体是采用发射模式的天线阵列，包括发射天线阵列和有源超表面天线罩，发射天线阵列是由多个发射天线单元阵列排布而成，发射天线单元为方形金属片结构，发射天线单元发射面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板和有源超表面天线罩单元，有源超表面天线罩单元安装于天线罩基板上，由各个发射天线单元发射面前方的天线罩基本单元按照和发射天线单元相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
具体是采用接收模式的天线阵列，包括接收天线阵列和有源超表面天线罩，接收天线阵列是由多个接收天线单元阵列排布而成，接收天线单元为环形金属片结构，接收天线单元发射面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板和有源超表面天线罩单元，有源超表面天线罩单元安装于天线罩基板上，由各个接收天线单元发射面前方的天线罩基本单元按照和接收天线单元相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
所述的有源超表面天线罩单元包括两个H型的电极片、两个电极片相对布置，且在两个电极片相对的一侧边设置连接叉指电极，两个电极片相对侧边之间通过变容二极管连接。
本发明使用有源超表面天线罩调制发射天线的辐射方向以及相位和空间分布，形成具有压缩感知和时间反转特性的探测电磁波，提升遮挡区域信号强度和探测信噪比。
本发明使用了尽量少的发射天线来得到更多的辐射幅度和相位组合，同时接收通路无需进行接收信号空间分布的高密度测量，而能够用尽量少的单元接收数据进行成像计算，因此具有***实现复杂度低、拓展能力强的优点。
本发明基于如下原理：
本发明通过时间反转技术实现高散射环境下遮挡区域目标信号的探测能量汇聚，从而提高目标的散射信噪比。信号发射源(可以是一次源或二次源)产生的信号，经目标散射后，被接收天线接收。在时间上早接收的数据传播了一个较短的距离，而晚接收到的数据则传播了一个较长的距离。将接收到的信号在时间上反转，按照一定的时间顺序，再从各自的接收点发射回去，信号将汇聚在原来的源的位置，近似地复现原发射信号。由于发射和接收的信号经历了相同的传播路径，时间反转技术基于互易性原理和时不变介质中波传播特性及线性波动方程的时反不变性，将波多径传输的物理学基本原理与阵列信号处理技术相结合，充分利用波传播过程的逆过程，通过接收天线阵列实现波形记录，发射天线阵列进行反转逆播放，使发射信号和接收信号在目标源位置准确聚集。
本发明通过压缩感知的重构算法从接收的散射场中提取目标特征。压缩感知是一种新的信息获取理论，是建立在信号稀疏表示、测量矩阵的非相关性以及逼近理论上的一种信号采集和重建的方法。该理论指出，只要信号是稀疏的或者在某个基下是可压缩的，就可以通过远低于Shannon-Nyquist采样定理要求的采样率获取信号的结构信息，再通过重构算法完成信号的精确重建。其基本思想是先将高维信号降至低维空间，通过随机投影获得观测值，这一过程同时完成了采样与压缩，然后利用稀疏先验知识处理接收的测量值，最后通过求解凸优化问题来重建原始信号。在成像过程中遮挡目标、障碍物与入射辐射场互相作用形成散射场。该散射过程与障碍物特征、环境参数、目标的电参数特性、几何形状都有关。其中接收散射回波与辐射场、目标散射场之间的关系，可看作该成像***的***传输函数，回波信号就是该***对于待成像目标的***响应，目标信息耦合在接收回波之中。
发射天线在位置rt的口场面分布表示为
Figure BDA0002375114980000041
根据电磁波自由空间传播理论，可以得到在远场r处的辐射场分布函数
Figure BDA0002375114980000042
Figure BDA0002375114980000043
其中，g(r,rt)为自由空间格林函数。同理可得到位置rr处的接收天线在r处的辐射场分布函数
Figure BDA0002375114980000044
Figure BDA0002375114980000045
在形成入射辐射场之后，入射辐射场与目标区域内的待成像目标互相作用形成散射场，根据电磁散射理论，利用Born一阶近似得到目标后向散射表达式：
Figure BDA0002375114980000046
其中Esca(r)为位置r处的散射场分布，s(r)为目标区域内任意位置r的后向散射系数。
目标散射场作为二次发射源，位置rr处的接收天线接收，得到位置rr处的散射回波信号rec(rr)：
Figure BDA0002375114980000051
上述各式整理简化，可得到压缩感知微波成像的关键表达式：
Figure BDA0002375114980000052
其中发射天线与接收天线在目标区域处的辐射场的乘积
Figure BDA0002375114980000053
即为该成像***的测量矩阵H，接收电磁波信号rec(rr)是该***对于待成像物体s(r)的***响应。上式的积分特性表明了接收电磁波信号中耦合了目标信息，进而可建立成像***模型：
g＝Hf
其中，g代表所有位置的散射回波信号矩阵，f代表所有位置的目标后向散射矩阵。在已知辐射场信息和散射信号的情况下，通过矩阵求逆方法能够得到目标散射矩阵f，从而得到目标的轮廓区域。
本发明利用有源超表面天线罩进行辐射场的空间复杂调控，实现高精度的调制，得到更好的杂散射抑制和信号汇聚效果。图4、图5为采用的单个天线单元及其所用的有源超表面单元结构。图4中天线罩所用的有源超表面的单元结构如图5所示。它由微波基板上的两个次波长金属结构插指交错连接，在连接中心引入一个射频变容二极管。两金属结构一片直流接地，另一片连接直流源来调制变容二极管的电容值。利用这种单元特性，可以给每个单元施加不同的控制电压，使其具有不同的等效介质特性。发射天线辐射的电磁场通过加载不同控制电压的超表面单元会产生不同的幅度和相位分布的透射场。根据所需的幅相分布，可以构造超表面单元的控制电压参数矩阵。将这些控制电压施加在天线罩上就可以形成传统情况下更多辐射单元才能形成的复杂辐射场。
本发明通过天线阵列接收遮挡物后目标被动散射的电磁信号，利用压缩感知实现目标的轮廓成像，再针对轮廓区域利用时间反转提升目标电磁信号的信噪比，达到凝视探测非视线目标的目的。在接收天线阵列和发射天线阵列处设置有源超表面天线罩，根据被遮挡目标的复杂电磁散射特性，基于压缩感知重构算法进行目标的轮廓成像。在目标轮廓区域内，根据遮挡物后不同区域的信号经复杂反射、折射和绕射到达不同接收天线罩位置的幅度和相位的差异进行时间反转操作，有源超表面对不同位置获得信号的幅度和相位进行调整，达到对遮挡物后不同位置处电磁信号的聚焦和扫描。
本发明能够对电磁信号无法穿透的墙体、金属结构后的非封闭场景的目标进行探测，拓展传统探测和成像雷达的探测能力，在无人驾驶、医学成像以及复杂环境雷达探测等民用和军事领域有广阔的应用前景。
本发明首先利用时间反转的原理，对目标区域进行精细化标定，然后利用压缩感知的重构算法进行目标的轮廓成像，接着选取前述时间反转过程中的精细化区域参数使其覆盖轮廓区域，检测目标精细化特征，从而实现遮挡区域目标的电磁非视线成像。
本发明的创新与有益效果如下：
本发明在电磁波段实现了障碍物后遮挡区域探测信号的增强。根据障碍物及周围环境的情况，利用有源超表面结构调制发射天线的辐射方向以及相位和空间分布，形成具有时间反转特性的探测波束。相比目前在电磁和光学领域的研究，可以提升遮挡区域信号强度和探测信噪比，拓展探测范围和应用场景。
本发明通过压缩感知获取遮挡目标的轮廓成像。利用接收天线阵列进行多频点、多位置和多次数的数据接收，丰富接收信号的数据量，得到突破口径限制的目标轮廓成像。此种成像重构方法可克服传统成像手段无法进行遮挡区域目标探测的不足，同时在***实现上具有很大的灵活性。
本发明相比现有对散射信号中目标信息重构使用的多发射阵元波束成形及多传感阵元的信息采集的方案，使用了更少的接收和发射通道，获得了更高的成像精度。
本发明使用尽量少的发射天线单元来得到更多的辐射幅度和相位组合，同时接收通路无需进行接收信号空间分布的高密度测量，而能够用尽量少的接收天线单元接收的数据进行成像计算，因此具有***实现复杂度低、拓展能力强的优点。
附图说明
图1为遮挡区域精细化目标标定的时间反转过程示意图；
图2为遮挡区域目标轮廓成像的压缩感知测量示意图；
图3为轮廓区域目标精细化成像的时间反转过程示意图；
图4为发射模式和接收模式天线单元示意图；
图5为有源超表面结构单元示意图；
图6为接收机构架示意图；
图7为发射机构架示意图；
图8为遮挡区域目标成像流程图。
图中：1.发射模式的天线阵列，2.接收模式的天线阵列，3.墙体/金属结构，4.已知大小、形状的金属物体，5.划分为m个网格的目标区域，6.有源超表面天线罩，7.压缩感知得到的目标轮廓，8.探测目标，9.被p个网格覆盖的轮廓区域，10.接收天线单元，11.发射天线单元，12.有源超表面天线罩基板，13.有源超表面天线罩单元，14.变容二极管，15.电极片。
具体实施方式
下面将结合附图和实例对本发明作进一步描述和说明：本实例以本发明技术方案为前提，给出了具体实施方式和操作流程，本发明的保护范围包括但不限于下述实例。
如图1-图3所示，目标区域V和发射模式的天线阵列1/接收模式的天线阵列2分别位于电磁波无法穿透的墙体/金属结构3的两侧。
如图4所示，采用发射模式的天线阵列1，包括发射天线阵列和有源超表面天线罩，发射天线阵列是由多个发射天线单元11阵列排布而成，发射天线单元11为方形金属片结构，发射天线单元11发射面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板12和有源超表面天线罩单元13，有源超表面天线罩单元13安装于天线罩基板12上，由各个发射天线单元11发射面前方的天线罩基本单元按照和发射天线单元11相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
如图2所示，采用接收模式的天线阵列2，包括接收天线阵列和有源超表面天线罩，接收天线阵列是由多个接收天线单元10阵列排布而成，接收天线单元10为环形金属片结构，接收天线单元10接收面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板12和有源超表面天线罩单元13，有源超表面天线罩单元13安装于天线罩基板12上，由各个接收天线单元10接收面前方的天线罩基本单元按照和接收天线单元10相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
如图4所示，具体实施中，将发射模式的天线阵列1和接收模式的天线阵列2的结构合成制作，即将发射天线单元11的方形金属片结构布置于接收天线单元10的环形金属片结构，且位于同一平面，在发射天线单元11和接收天线单元10共同的前方布置天线罩基本单元；工作时控制发射天线单元11通电工作，进而由发射天线单元11和天线罩基本单元配合实现发射模式的天线阵列1；或者工作时控制接收天线单元10通电工作，进而由接收天线单元10和天线罩基本单元配合实现接收模式的天线阵列2。
如图5所示，有源超表面天线罩单元13包括两个H型的电极片、两个电极片相对布置，且在两个电极片相对的一侧边设置连接叉指电极，两个电极片相对侧边之间通过变容二极管14连接。
为了进行目标散射信号的采集以及探测信号的发生。这里接收机和发射机与收发天线单元一一对应，便于采用多个通道同时以及分别工作形式，从而构成发射相控阵、接收相控阵以及单发单收和MIMO等多种灵活的实验方式。
如图6所示为接收机构架，它主要由接收天线单元、低噪声放大器、混频器以及采样电路组成。低噪声放大器负责对接收到的信号进行放大。这里的混频器为宽带混频，可通过本振频率的调整将一定带宽内的任意射频信号混频至中频。最后通过采样设备对多路中频信号实施欠采样。可在数字电路***中分析多路信号间的幅度、相位关系，计算发射所需的信号特征。
如图7所示为发射机构架，每个发射通路由矢量乘法器、可变增益放大器、功率放大器以及发射天线单元组成。由频率源产生的参考频率被送往不同的发射通路，同时也会用作接收机混频的本振信号。矢量乘法器可以实现对信号相位的调制、可变增益放大器实现对信号幅度的调制，这些是实现时间反转信号发生的基础。功率放大器将最终信号进行放大，最后信号通过发射天线单元进行辐射。
发射模式的天线阵列工作时，每个发射天线单元前的有源超表面天线罩通过有源调控可以提升辐射场的幅相调控精度，使得此***无需更多的阵元，复杂度得以大幅度降低。接收模式的天线阵列工作时，进行时间反转所需的数据采集，或进行压缩感知成像所需的数据采集。
基于前述硬件构架，可进行如图8所示的工作和数据处理流程，实现遮挡区域目标的检测。
步骤1.1)首先利用时间反转进行标定，设置两组天线阵列分别为发射模式和接收模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤1.2)将电磁波无法穿透的墙体、金属结构后的非封闭目标区域V均匀分割为m个网格，对发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元均不施加任何控制电压，将一已知大小、形状的金属物体放置在目标区域V的m个网格进行测量，在每一个网格处，发射天线阵列发射电磁波到目标，接收天线阵列接收目标的散射电磁波Emtr；
步骤1.3)在每一个网格内对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元施加控制电压，使得发射天线阵列再次发射的电磁波
Figure BDA0002375114980000081
经过有源超表面天线罩后，与步骤1.2)中接收目标的散射电磁波Emtr相比，幅度不变，相位相反，从而得到m组控制电压，角标tr代表时间反转中步骤中的测量电磁场；
步骤2.1)接着利用压缩感知对目标进行轮廓成像，将步骤1.1)中天线阵列的发射模式切换为接收模式，步骤1.1)中天线阵列的接收模式切换为发射模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤2.2)在目标区域为无任何物体的空场时进行测量，发射天线阵列发射电磁波到有源超表面天线罩表面，接收天线阵列接收目标的散射电磁波，通过对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元施加i组随机的控制电压，对接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，使得经发射天线阵列处有源超表面天线罩出射到目标的电磁波和经接收天线阵列处有源超表面透射到接收天线阵列处的电磁波具有随机的幅度和相位，记为Eics，角标cs代表压缩感知步骤中的测量电磁场；
步骤2.3)在目标区域为无任何物体的空场时，给发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，利用近场测量的方法获得发射天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Etcs，接收天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Ercs；
步骤2.4)将探测目标(8)放置在目标区域V内进行测量，对发射天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元施加与空场测量时相同的i组控制电压，对接收天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，获得接收天线阵列接收到的电磁波的幅度和相位Etotics；
步骤2.5)建立成像***模型为：
g＝Hf
g＝(Etotics-Eics)
H＝EtcsErcs
其中，g代表所有网格的散射回波信号矩阵，H代表成像***的测量矩阵，为发射天线阵列与接收天线阵列在目标区域V处的辐射场的乘积EtcsErcs，f代表所有网格的目标后向散射矩阵；
步骤2.6)当目标区域V内有目标时，在目标区域V内利用i组控制电压，得到i组具有压缩感知特性的探测电磁波进行多次测量，通过矩阵求逆获得目标所在的轮廓区域V’；
步骤3)从m个网格内选择p个网格，使p个网格覆盖轮廓区域V’，利用p个网格对应的p组具有时间反转特性的探测电磁波向目标发射进行多次测量，每一次测量完成后，对p个网格内的电磁波幅度值进行归一化处理，取大于预设阈值的电磁波幅度值作为目标的成像网格，综合多次测量结果得到目标的精细化成像。

Claims (6)

1.一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：成像方法包括以下步骤：
步骤1)将目标区域V均匀分为m个网格，在目标区域内无目标时，将一已知大小、形状的金属物体依次放在每一个网格中，设置m组控制电压施加到天线建立m组具有时间反转特性的探测电磁波；
步骤2)当目标区域V内有目标时，在目标区域V内利用i组控制电压，得到i组具有压缩感知特性的探测电磁波进行多次测量，通过矩阵求逆获得目标所在的轮廓区域V’；
步骤3)从m个网格内选择p个网格(9)，使p个网格覆盖轮廓区域V’，利用p个网格对应的p组具有时间反转特性的探测电磁波向目标发射进行多次测量，每一次测量完成后，对p个网格内的电磁波幅度值进行归一化处理，综合多次测量结果得到目标的精细化成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：
步骤1.1)设置两组天线阵列分别为发射模式和接收模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤1.2)将电磁波无法穿透的墙体/金属结构(3)后的非封闭的目标区域V均匀分割为m个网格(5)，对发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元均不施加任何控制电压，将一已知大小、形状的金属物体放置在目标区域V的m个网格进行测量，在每一个网格处，发射天线阵列发射电磁波绕经墙体/金属结构边缘散射后到目标，接收天线阵列接收目标的散射电磁波Emtr；
步骤1.3)在每一个网格内对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个天线罩基本单元施加控制电压，使得发射天线阵列再次发射的电磁波
Figure FDA0002375114970000011
经过有源超表面天线罩后，与步骤1.2)接收目标的散射电磁波Emtr相比，幅度不变，相位相反，从而得到m组控制电压，角标tr代表时间反转中步骤中的测量电磁场。
3.根据权利要求1所述的一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：
步骤2.1)将天线阵列的发射模式切换为接收模式，天线阵列的接收模式切换为发射模式，发射天线阵列和接收天线阵列处设置有源超表面天线罩；
步骤2.2)在目标区域为无任何物体的空场时进行测量，发射天线阵列发射电磁波到有源超表面天线罩表面，接收天线阵列接收目标的散射电磁波，通过对发射天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个天线罩基本单元施加i组随机的控制电压，对接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，发射天线阵列发射电磁波绕经墙体/金属结构边缘散射后到目标，目标反射后在经墙体/金属结构边缘散射后被接收天线阵列接收，到接收天线阵列处的电磁波具有随机的幅度和相位，记为Eics，角标cs代表压缩感知步骤中的测量电磁场；
步骤2.3)在目标区域为无任何物体的空场时，给发射天线阵列处和接收天线阵列处的有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，利用近场测量的方法获得发射天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Etcs，接收天线阵列在目标区域V内的幅度和相位Ercs；
步骤2.4)将探测目标(8)放置在目标区域V内进行测量，对发射天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元施加与空场测量时相同的i组控制电压，对接收天线阵列处有源超表面天线罩的每一个单元不施加任何控制电压，获得接收天线阵列接收到的电磁波的幅度和相位Etotics；
步骤2.5)建立成像***模型为：
g＝Hf
g＝(Etotics-Eics)
H＝EtcsErcs
其中，g代表所有网格的散射回波信号矩阵，H代表成像***的测量矩阵，为发射天线阵列与接收天线阵列在目标区域V处的辐射场的乘积EtcsErcs，f代表所有网格的目标后向散射矩阵；
步骤2.6)通过对步骤2.5)中的后向散射矩阵f进行矩阵求逆，得到比初始的目标区域V更小、更精细的目标轮廓区域V’。
4.根据权利要求1所述的一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：采用发射模式的天线阵列(1)，包括发射天线阵列和有源超表面天线罩，发射天线阵列是由多个发射天线单元(11)阵列排布而成，发射天线单元(11)为方形金属片结构，发射天线单元(11)发射面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板(12)和有源超表面天线罩单元(13)，有源超表面天线罩单元(13)安装于天线罩基板(12)上，由各个发射天线单元(11)发射面前方的天线罩基本单元按照和发射天线单元(11)相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
5.根据权利要求1所述的一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：采用接收模式的天线阵列(2)，包括接收天线阵列和有源超表面天线罩，接收天线阵列是由多个接收天线单元(10)阵列排布而成，接收天线单元(10)为环形金属片结构，接收天线单元(10)发射面前方设有天线罩基本单元，每个天线罩基本单元包括天线罩基板(12)和有源超表面天线罩单元(13)，有源超表面天线罩单元(13)安装于天线罩基板(12)上，由各个接收天线单元(10)发射面前方的天线罩基本单元按照和接收天线单元(10)相同的阵列排布方式布置构成了有源超表面天线罩。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于时间反转和压缩感知的电磁非视线成像方法，其特征在于：所述的有源超表面天线罩单元(13)包括两个H型的电极片、两个电极片相对布置，且在两个电极片相对的一侧边设置连接叉指电极，两个电极片相对侧边之间通过变容二极管(14)连接。
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