超宽带穿墙雷达动目标跟踪成像算法研究

利用超宽带穿墙雷达探测跟踪墙后人体目标在城区巷战、反恐斗争和人质救援等领域的应用日益广泛。动目标检测与成像算法是穿墙雷达信号处理的两大关键部分,针对传统的动目标检测方法的不足,本文研究了一种提取动目标回波信息的自适应背景去除方法,并考虑到墙体影响,对传统的后向投影成像算法进行改进。利用FDTD数值仿真和外场实验验证了对隐藏在墙后运动目标跟踪成像,研究结果表明,本文算法对天线形式要求简单,准确度高,实时性好。

一种快速超宽带穿墙雷达成像算法

超宽带穿墙雷达因为反恐、灾后救援等方面的迫切需要而成为近年来的一个研究重点。传统的超宽带成像算法在目标识别能力及计算效率上已不能满足其要求。基于逆边界散射变换的SEABED成像算法可以完成对目标边界快速成像,但是墙体的存在使其在穿墙雷达应用中受到限制。该文考虑到墙体的影响,在SEABED算法基础上提出一种新的适用于超宽带穿墙雷达的包络线算法,该算法通过计算从回波中提取的准波前所对应的曲线簇的包络线来完成目标边界成像。利用FDTD数值仿真实现了对隐藏在墙后目标的二维成像,验证了算法的有效性,并分析了墙壁对目标定位误差的影响。

组合字典下超宽带穿墙雷达自适应稀疏成像方法

针对现有超宽带穿墙雷达稀疏成像算法大多只采用点目标稀疏基表示模型和稀疏优化的正则化参数不能被自适应调整以及目标位置不在划分网格上带来虚假像的问题,该文提出一种基于贝叶斯证据框架的自适应稀疏成像方法。该方法首先利用组合字典独立稀疏表示场景中的点目标和扩展目标,然后在建立的偏离网格稀疏表示模型的基础上分层最大化各参数的似然函数,用第1层推理结合共轭梯度算法估计组合字典的各稀疏表示系数,用第2层推理估计正则化参数和目标的偏离网格量,最终通过迭代优化参数的设置得到问题的求解。仿真和实验结果表明,该方法不仅同时自适应增强穿墙场景中的点目标和扩展目标,还消除了偏离网格目标引起的虚假像。

时域波束形成在超宽带穿墙成像雷达中的应用

超宽带穿墙成像雷达作为一种能够隔墙探测和定位的新型雷达系统,在很多领域得到应用。该文提出利用时域波束形成对穿墙雷达进行成像的方法。电磁波穿墙传播时产生速度变化、衰减和折射等现象。该文在电磁波穿墙传播的折射模型上用解析的方法计算电磁波的传播时间,在时域波束形成成像算法中考虑了墙体对电磁波的影响,并用FDTD模拟对成像方法进行验证。最后定性分析了墙体厚度、介电常数估计误差对成像的影响。

基于稳健波束形成的超宽带穿墙成像方法

针对现有超宽带穿墙雷达时域波束成像分辨率低、旁瓣高以及干扰抑制能力弱等问题,提出利用稳健Capon波束形成对目标成像的方法。该方法基于目标回波模型首先补偿近场扩散损耗、墙体传播损耗和折射效应,实现天线阵列接收数据的配准,利用稳健Capon波束成像得到良好的成像分辨率和更好的干扰抑制能力。利用时域有限差分(finite-difference time domain,FDTD)数值仿真和实验数据实现了隐藏目标的二维成像,验证了该方法的有效性。

UWB MIMO穿墙雷达的阵列设计和成像方法

利用多发多收(MIMO)方式对超宽带(UWB)穿墙成像雷达天线阵列进行稀疏化处理不失为一种很好的选择。该文从成像模型出发,分析了UWB MIMO天线阵的等效接收阵列问题,给出了基于空间卷积理论的UWBMIMO阵列设计方法,仿真验证了方法的有效性和在穿墙成像系统中应用的可行性。此外,提出了相干系数加权稳健Capon波束形成的自适应成像方法,理论分析和实验结果表明该方法能够获得较高的分辨率和图像信噪比。

超宽带穿墙雷达三维快速成像算法

超宽带穿墙雷达是一种能够隔墙探测和定位的新型实时成像雷达系统,在城区巷战、反恐斗争和人质救援中应用非常广泛。穿墙雷达对成像的实时性要求非常高,传统的成像算法已不能满足计算时间上的要求。本文将基于逆边界散射变换的快速成像算法应用到穿墙雷达系统中,利用FDTD数值仿真验证了对隐藏在墙后目标的三维成像结果,并分析了墙壁对目标定位误差的影响。研究表明,与传统的后向投影成像算法相比,基于逆边界散射变换的成像算法计算效率高,实时性好,且能对目标边界形状清晰成像。

一种超宽带穿墙雷达的三维成像算法研究

提出了一种应用于超宽带穿墙雷达的三维成像算法。在研究后向投影算法原理的基础上,构建了电磁波穿透介质墙的数学模型,补偿了电磁波在墙体中传播的时间延迟,推导了基于偶极子近场辐射模型的穿墙改进后向投影算法,给出了算法的实现流程。利用FDTD得到采样数据,运用算法的具体流程实现对介质墙存在下的目标进行三维成像。验证了算法的有效性,分析了墙体和目标间耦合作用对成像效果的影响。

超宽带穿墙雷达非相干成像方法

超宽带穿墙成像雷达作为一种能够隔墙探测和定位的新型雷达系统,在很多领域得到应用.穿墙成像雷达有非相干方法和相干方法2种成像方法.本文采用一发二收的天线组合形式,用非相干成像方法,研究了在无墙体和有墙体2种情况下目标的定位,分析了雷达的方位向分辨率,并通过二维FDTD仿真验证了目标定位方法.

基于混沌调频信号的超宽带穿墙SAR成像

混沌调频信号具有良好的自相关特性,又类似随机信号,具有较强的抗干扰性能。该文将基于Bernoulli映射的混沌调频信号用于超宽带穿墙雷达成像,建立了信号模型,分析了混沌调频穿墙雷达系统的目标检测性能,分辨能力和抗墙壁多径干扰能力,并与线性调频雷达系统进行了比较。仿真结果表明,与线性调频信号相比,混沌调频信号用于穿墙雷达系统可获得较好的目标检测性能,更好的分辨能力,而且具有抗墙壁多径干扰能力。

穿墙雷达图像CS编码算法设计

针对TWR雷达图像由于检测信号的频率较高、带宽较大使得图像信息量增大,导致在传输和实时成像方面存在困难的问题,提出了采用压缩感知(CS)为雷达图像的编码提供欠采样压缩的新方法.设计了基于解凸优化的l_1范数等效算法和基于正交匹配追踪(OMP)算法的TWR图像编码方法,构造了部分哈达玛观测阵和高斯随机测量观测阵.实验结果表明,本文算法对雷达图像的欠采样率可达0.546 9,能够实现失真最小和速度最快地对墙内目标进行有效检测.

穿墙雷达室内多径机理分析与抑制方法

由于穿墙雷达室内多径效应的存在,使得回波信号功率减弱,甚至淹没于多径虚假像中,造成目标数量和位置的误判。针对室内多径效应问题,首先构建目标之间以及目标和墙体之间的多径传播模型,然后利用双圆解析表达式方法得到多径虚假像的位置与目标位置、子孔径位置、子孔径大小之间的关联性,并用此来分析室内多径虚假像产生机理,最后通过子孔径双层融合方法抑制多径虚假像。仿真和实验结果表明,该方法可以有效抑制多径虚假像,从而验证了理论分析的可行性。

改进的UWB TWI成像算法及分辨率研究

为了克服"假像"对超宽带穿墙成像(UWB-TW I)的影响,采用新的雷达布置方式,将雷达沿墙体直线布阵改变为垂直墙体前后布阵,从理论上保证了回波信号的相对顺序不发生变化,与目标点保持唯一对应关系.同时根据改进的成像方法,分析并推导了超宽带穿墙成像的分辨率公式,建立了成像分辨率与时间分辨率对应关系,以及雷达布阵对成像分辨率的影响关系.该研究为超宽带穿墙成像的研究提供了理论依据.

超宽带穿墙雷达椭圆包络线目标边界成像算法

为解决传统超宽带穿墙雷达后向投影(BP)成像算法不利于实时成像且成像模糊的问题,基于目标边界成像的成像算法成为近年来研究的热点。SEABED算法与Envelope算法是常用的目标边界成像算法,但此类算法存在抗噪性差或准确性不佳等不足。该文采用收发分置天线方式,提出一种基于椭圆包络线原理的成像算法。通过分析目标边界与天线坐标之间的几何结构,构造与目标边界相切的椭圆模型,推导了两者的映射关系,完成了穿墙成像的目标边界重建。理论分析和实验结果表明,该算法能提高成像的抗噪性与准确性,增强了穿墙成像的性能。

UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

该文提出一种适用于超宽带MIMO稀疏阵列的Kirchhoff迁移成像和运动补偿方法。该方法将传统Kirchhoff积分方程引入到MIMO阵列中,并利用后向格林函数替代前向格林函数来解决小阵列大视场的问题。另外,在通过微波开关切换分时复用的方式来采集接收单元回波数据的同时,增加1个参考通道直接采集参考单元的回波信号来估计运动目标的位置变化信息,对MIMO通道的数据进行运动补偿后再进行3D成像,有效避免了因目标运动导致的散焦和成像结果偏移真实位置的问题。

超宽带雷达建筑物结构稀疏成像

超宽带雷达具备穿透墙体获得建筑物内部结构布局的能力,为建筑物内人员探测定位提供更丰富的信息。传统成像常存在较为严重的旁瓣,而且墙后目标成像位置也会受墙体影响而产生偏移。为提高成像质量,稀疏重构技术被引入穿墙成像领域,但传统方法对弱散射目标的重构概率较低。该文提出结合相干因子(Coherence Factor,CF)加权的稀疏重构方法,在稀疏重构提取支撑集的过程中,利用CF增强成像的结果来提高支撑集原子的正确性,降低稀疏重构过程中强散射目标旁瓣的影响,最终提高场景中弱散射目标的重构概率。同时建立了多层墙体位置校正模型,将场景校正放到稀疏重构之后进行,从而以较低的计算复杂度降低墙体定位误差。实测数据处理结果表明,相比于传统的稀疏成像方法,相同的数抽取比例下,该文提出的方法能够有效提高场景中弱散射目标重构概率,并将建筑物内部墙体定位误差降低至10 cm以内。