超宽带穿墙雷达合成孔径成像算法研究与实现

论文摘要

超宽带穿墙雷达是一种新的雷达探测技术,它利用发射超宽带电磁波信号穿透墙壁等非透明障碍物,实现对目标的检测、定位与成像等,在灾难救援、执法、反恐等领域有重要的应用价值。合成孔径成像是雷达信号处理的一项重要手段,是超宽带穿墙雷达的一项重要关键技术,也是国际上穿墙雷达研究的前沿热点课题。超宽带穿墙雷达在目标回波模型、参数估计方法和成像处理算法上有明显区别于常规合成孔径成像雷达的特点,本文针对这一问题,开展了主要工作如下:1、提出了基于回波的墙壁参数估计新方法。分析了穿墙回波信号的结构特征,利用直接耦合信号和墙壁反射信号实现墙壁厚度和介电常数的参数估计,并在实验中得到验证。2、研究了步进变频超宽带合成孔径成像的基本概念、基本原理与方法,分析了多发多收阵列的等效原理以及各参数对成像性能的影响。3、建立了穿墙成像模型,分析了墙壁对成像质量的影响;研究了各种不同的墙壁误差校正方法,明确了各自的适用条件,并进行仿真和实验验证。4、提出了基于最短时间的墙壁误差补偿新方法。利用两点间电磁波传播为最短传播时间的规律,进行了基于最短时间的补偿,简化了折射路径的计算,实现墙壁误差的校正。5、将墙壁看成线性可逆系统,引入系统函数描述墙壁影响,提出了基于逆系统的墙壁误差补偿方法,并分析了墙壁系统函数的测试方法,实现了墙壁误差的校正。仿真与实验验证了上述模型方法的有效性,墙壁参数估计、墙壁误差校正等方法可以实现穿墙检测、定位和成像中精确的目标探测,也为后续继续研究提供良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 穿墙雷达常用的工作体制
• 1.2.2 穿墙雷达成像的关键技术
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 超宽带合成孔径成像分析与仿真
• 2.1 步进变频超宽带雷达工作原理
• 2.2 多发多收合成阵列孔径成像
• 2.2.1 雷达成像过程描述
• 2.2.2 多发多收阵列反投影成像算法原理
• 2.2.3 慢速动目标成像处理
• 2.2.4 多发多收阵列等效孔径
• 2.3 多发多收阵列成像仿真分析
• 2.3.1 仿真条件
• 2.3.2 仿真结果
• 2.4 相关参数对成像影响
• 2.4.1 天线阵列孔径
• 2.4.2 阵元间距
• 2.4.3 成像像素尺寸
• 2.5 小结
• 第三章 穿墙雷达信号回波模型
• 3.1 电磁波穿墙传播特性仿真
• 3.2 穿墙雷达回波信号建模
• 3.2.1 直接耦合信号
• 3.2.2 墙壁反射信号
• 3.2.3 墙壁透射信号
• 3.2.4 各类噪声
• 3.3 墙壁参数测试方法
• 3.3.1 基于直接耦合信号与反射信号的估计方法
• 3.3.2 基于反射信号的估计方法
• 3.4 墙壁测试实验
• 3.4.1 测试系统
• 3.4.2 墙壁透射信号测试
• 3.4.3 墙壁参数测试
• 3.5 小结
• 第四章 穿墙雷达成像与墙壁补偿算法
• 4.1 穿墙成像算法
• 4.2 墙壁补偿算法研究
• 4.2.1 基于折射定律补偿算法
• 4.2.2 基于最短时间补偿算法
• 4.2.3 近似墙壁补偿算法
• 4.2.4 基于逆系统的补偿算法
• 4.3 仿真验证
• 4.3.1 仿真条件
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 实验验证
• 4.4.1 测试系统
• 4.4.2 实验参数
• 4.4.3 实测数据处理流程
• 4.4.4 实验结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果