分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统设计与联合定位

单发单收穿墙雷达具备便携、系统简单、可独立工作等优势,但难以实现目标二维定位与跟踪。该文基于便携式单发单收雷达设计了一套分布式无线组网穿墙雷达系统,同时提出了一种目标联合定位方法,能够兼顾系统便携、低成本和目标二维信息估计。首先,设计了基于互补格雷码发射波形的超宽带雷达系统,解决了同频段多台雷达同时工作互相干扰的问题;分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统包括3个雷达节点,并通过无线模块与数据处理中心通信。其次,提出了一种基于行为认知理论和模板匹配相结合的数据同步方法,通过识别各雷达数据中的相同运动状态来解决无线组网雷达慢时同步问题,摆脱了传统同步方法对硬件的苛刻要求。最后,提出基于Levenberg-Marquardt(L-M)最优化算法的雷达位置自估计和目标位置求解方法,实现了无先验雷达节点位置信息下的目标快速定位与跟踪。通过仿真分析与实验验证,该文设计的无线组网雷达系统可以实现目标二维定位与实时跟踪,雷达自身位置的估计精度优于0.06 m,对运动人体目标定位精度优于0.62 m。

基于三维墙体补偿的快速重聚焦算法

超宽带穿墙雷达具备穿透墙体的能力,结合多输入多输出(MIMO)技术可以实现墙体后侧隐蔽目标的成像,为建筑物内人员检测和定位提供了丰富的信息。该文基于调频连续波(FMCW)体制下的多发多收超宽带穿墙雷达系统,提出了一种闭环干涉校准方法,校正了由系统内部误差产生的图像散焦。墙体的存在会导致目标成像位置偏离真实位置,该文推导了联合通道和像素点的三维墙体补偿算法,并基于其几何特性,提出快速重聚焦算法。首先去除墙体影响、确定目标存在区域;鉴于区域几何特性,选择适应区域形状的球坐标网格划分;分区域进行局部重聚焦,避免了因电磁波衰减导致成像结果中出现强目标掩盖弱目标的现象,并且球坐标形式的网格划分和局部成像大大缩减了算法耗时。通过仿真分析与实验验证,该文提出的系统校准方法能有效补偿系统误差,快速重聚焦算法可以实现墙后人体多目标三维定位,各维度定位精度优于10 cm,计算效率相对其余算法提升了5倍左右。从目标检测概率方面,所提算法相比其余算法不会出现弱目标的漏检。

超宽带穿墙雷达对人体动目标探测的实验研究

分析超宽带穿墙雷达动目标检测原理,提出一种新的自适应背景相消方法用于抑制强杂波干扰。介绍了超宽带穿墙雷达实验系统,利用该系统对非金属墙壁后人体动目标进行探测实验,并分别针对处于不同运动状态目标的实验数据进行分析。实验结果表明,超宽带穿墙雷达对非金属墙体具有较强的穿透性,对墙后处于径向运动、原地静止、原地体动及切向运动等运动状态的人体目标均具有较好的探测能力,提出的动目标检测算法能够适应复杂环境的应用。

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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲产生技术

用于超宽带穿墙雷达的脉冲产生技术是一种无载波极窄脉冲产生技术,在无线电通信领域有着广阔的应用前景。提出了使用延时芯片和ECL门产生极窄脉冲的方法,并对其产生原理做了理论分析。设计了原理框图和电路图,最后给出并分析了试验结果。

超宽带穿墙雷达成像的FDTD数值模拟

研究了超宽带雷达在穿墙探测中的保真度,通过FDTD建模产生精确的穿墙雷达数据,利用后向投影算法对模拟得到的雷达数据进行成像。结果验证:超宽带雷达能准确探测和定位二维房间内的物体。成像算法中必须考虑墙体作用,电磁波在穿墙传播时发生折射、速度的改变、信号的衰减,这些将导致像的散焦、偏移,甚至可能产生虚像。运用迭代方法修正了成像算法中的时间因子,可有效地抑制像的偏移。

基于支持向量机的穿墙雷达目标形状重构方法

为解决超宽带穿墙雷达中目标成像问题,提出一种后向投影算法和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的方法.该方法通过BP算法得到穿墙成像数据,再利用SVM对数据进行分类,成功地解决了穿墙成像中的目标定位和形状识别问题.利用穿墙模型实验数据的仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.测试结果表明:该方法能对墙后未知目标实现形状重构,且具有极高的空间分辨率;此外,当信号被噪声污染时,该方法也能很好对墙后目标形状进行预测,体现了该方法的鲁棒性.最后对不同采样长度和空间采样间隔的分析表明,采样长度和采样间隔对目标形状识别的影响有限,采样位置数的增加、采样间隔的减小更有利于提高目标的分类准确率.

自适应滤波器在超宽带穿墙雷达中的应用研究

作为一种新型探测和定位墙后人体目标的方法,超宽带穿墙雷达在军事和民用多个领域得到了广泛的应用。由于目标信号经常被强背景噪声所淹没,为实现动目标检测,需寻求一种有效的背景相消方法以凸显动目标信号,提高动目标检测和定位的精度。在研究回波信号特点的基础上,考虑到无限冲击响应(IIR)滤波器和自适应滤波器的优点,提出采用基于IIR的自适应滤波器背景噪声相消的方法,抑制回波信号中的噪声。为验证方法的有效性,采用该方法对利用SIR20雷达收集的实测数据进行了相关处理。从结果看,该方法能有效抑制背景噪声,凸显目标信号,为目标的检测和定位奠定了良好的基础。

基于小波与EMD级联的穿墙雷达动目标检测

超宽带穿墙雷达受墙体对电磁波衰减作用,目标的反射回波很弱,提出一种基于小波与EMD级联的方法检测,用于提高信噪比和信杂比。介绍了穿墙雷达实验系统,对墙后人体运动目标进行探测实验,获得实测数据进行分析。实验结果表明,超宽带穿墙雷达对非金属墙体具有较强的穿透性,对墙后处于径向运动的人体目标具有较好的探测能力,提出的算法可以有效提高信噪比和信杂比。最后利用幅度排序点迹凝聚算法进行目标检测,得到理想的检测结果。

穿墙雷达人体探测技术的新进展

介绍了国内外穿墙雷达人体探测装备研制的现状,重点放在穿墙雷达人体探测技术的最新研究进展上,包括超宽带技术、微多普勒理论、人工神经网络技术,以及时间反转镜技术等。

超宽带穿墙探测雷达的运动目标检测技术

提出了利用低频超宽带(UWB)脉冲信号实现穿墙探测的设想,研究了超宽带穿墙探测雷达(UWB-TWDR)的运动目标回波信号模型,并基于运动目标回波信号的相关性,利用相干叠加原理对多次观测的结果实现运动目标的检测。最后通过具体的穿透混凝土砖块墙壁实测实验验证了上述设想和算法。