超宽带频率步进信号在穿墙雷达中的应用

论文摘要

在大规模城区巷战、反恐斗争和人质救援行动中,通常需要对可疑目标隐藏的建筑、掩体和废墟等进行外部的非入侵式的探测,以实现对探测区域内隐蔽目标的定位,跟踪和危险等级的评定,从而可以提高作战人员对战场环境态势的感知能力,因此穿墙雷达的研究显得尤为重要。在穿墙雷达的应用中,采用穿墙成像技术对目标进行检测和识别是最直接有效的办法。本文从超宽带频率步进信号的角度对穿墙雷达的成像应用进行重点的分析。首先,分析了穿墙雷达的特点和应用前景,针对电磁波在墙面介质的穿透现象,采用合适的中心频率来实现穿墙探测。研究了面向应用的雷达参数的选择方法,从分辨率、穿透能力以及振零效应三个方面比较了冲激体制和频率步进体制各自的特点,从中可以看出频率步进体制的优势更大,因此本文选用超宽带频率步进体制。针对超宽带频率步进信号,本文建立了此种信号的回波模型。根据回波模型中直耦波相对能量较强,对穿墙回波信号检测造成严重干扰的问题,本文采用了一种基于最小均方误差准则(LMS)的自适应直耦波对消法。通过对回波波形的仿真以及回波信号信干比(SIR)的计算,结果满足了直耦波抑制性能的要求,从而验证了此方法的可行性。然后,本文对穿墙雷达扫描方式进行了分析,对超宽带信号的目标进行建模,对超宽带穿墙雷达成像两种算法进行了简要的归纳,并深入研究了穿墙探测的反向投影成像原理,推导出了频率步进信号的穿墙反向投影算法,给出了算法的实现流程,并应用Matlab进行了仿真和分析。验证了算法的有效性。最后,针对超宽带穿墙雷达的广阔的应用前景,本文对穿墙雷达成像的技术进行了简要的总结,并对穿墙雷达的研究趋势进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 UWB-TWDR技术的研究背景和意义
• 1.1.1 TWDR研究的兴起与发展
• 1.1.2 超宽带频率步进信号在TWDR中的优势
• 1.2 UWB-TWDR成像技术的应用
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 超宽带频率步进穿墙雷达的工作原理
• 2.1 穿墙雷达工作原理
• 2.2 面向应用的参数选择
• 2.2.1 超宽带频率步进穿墙雷达工作频率
• 2.2.2 穿墙雷达工作体制
• 2.2.3 超宽带频率步进体制信号分析
• 3 超宽带频率步进穿墙雷达的回波信号处理
• 3.1 超宽带频率步进穿墙雷达回波信号模型
• 3.2 穿墙雷达回波噪声抑制
• 3.3 超宽带频率步进穿墙雷达直耦波抑制
• 3.3.1 穿墙雷达直耦波分析
• 3.3.2 去除直耦波方法
• 3.4 基于LMS自适应算法的直耦波抑制
• 3.4.1 自适应滤波原理
• 3.4.2 基于LMS准则抑制直耦波算法
• 3.4.3 基于SVD分解的直耦波参考信号的提取
• 3.4.4 仿真实验与分析
• 4 超宽带频率步进穿墙雷达成像
• 4.1 穿墙雷达的扫描方式
• 4.2 超宽带信号目标建模
• 4.2.1 电磁散射线性系统理论
• 4.2.2 超宽带信号模型
• 4.3 穿墙雷达成像算法简介
• 4.3.1 投影层析成像
• 4.3.2 反向投影成像
• 4.4 穿墙雷达反向投影成像原理
• 4.4.1 天线阵与反向投影
• 4.4.2 穿墙雷达的反向投影算法
• 4.5 超宽带频率步进信号反向投影成像算法
• 4.5.1 信号穿透介质墙的数学模型
• 4.5.2 频率步进信号反向投影算法
• 5 结束语
• 致谢
• 参考文献