步进频率探地雷达距离旁瓣抑制研究

论文摘要

步进频率探地雷达（Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar,SFGPR）是一种高性能的连续波信号探地雷达,能同时兼顾大带宽和高动态范围,以保证系统的高分辨率和深度穿透探测性能。但是因频谱截断不连续而致使时域合成信号产生严重的拖尾振荡,即距离旁瓣,弱地下目标回波信号容易被直耦波等强回波信号的旁瓣淹没,这将降低系统的目标检测能力、分辨能力和动态范围,造成虚警率增加。鉴于目前对于步进频率探地雷达距离旁瓣抑制问题的研究较少,没有系统的阐述和理论支撑,缺乏有效的抑制方法,本文对这一问题展开了深入的研究,以提高系统的探测性能,为步进频率探地雷达发展与应用打下坚实的基础。1、论文通过研究步进频率探地雷达距离旁瓣的形成机理,阐述了距离旁瓣的基本抑制原理,并研究和提出了不同的距离旁瓣抑制方法。首先对传统的线性加权法进行了距离旁瓣抑制效果对比分析,其中包括时域加权和频域加权,理论推导和实验结果表明:传统的线性加权法在抑制距离旁瓣的同时容易造成时域信号的主瓣展宽,分辨率下降。2、为克服线性加权法的缺点,本文提出用SVA（Spatially Variant Apodization）方法抑制步进频率探地雷达距离旁瓣,它对时域上的每个采样点采用了不同参数的频域加权函数,并能依据信号主瓣和旁瓣自适应地选择加权函数参数,该方法实际是一种非线性加权方法,能够在有效抑制距离旁瓣的同时保持主瓣。仿真实验结果表明:该算法可以取得与线性加权法相近的距离旁瓣抑制比,且主瓣仅仅展宽5%。3、为了兼顾步进频率探地雷达的距离旁瓣抑制效果与高分辨率,研究了将熵谱外推超分辨技术运用于距离旁瓣抑制,分别采用最大熵和最小熵谱外推方法实现了对步进频率探地雷达的距离旁瓣抑制,文中详细分析了最大熵、最小熵谱外推抑制距离旁瓣的原理,并提出了最大熵谱外推结合线性加权以提高距离旁瓣抑制效果的新思路,仿真实验表明,最大熵谱外推结合线性加权可以提高30dB距离旁瓣抑制比并且保持了主瓣,分辨率不变;最小熵谱外推可以提高14dB的距离旁瓣抑制比同时提高了分辨率50%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 步进频率探地雷达的发展概况
• 1.1.2 步进频率探地雷达的主要问题
• 1.2 距离旁瓣抑制的研究现状
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 步进频率探地雷达距离旁瓣的形成与抑制机理
• 2.1 步进频率探地雷达系统
• 2.1.1 系统结构
• 2.1.2 系统参数
• 2.2 步进频率探地雷达时域波形合成原理
• 2.3 距离旁瓣的形成与抑制
• 2.3.1 距离旁瓣形成机理
• 2.3.2 距离旁瓣抑制机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于SVA 的距离旁瓣抑制方法
• 3.1 线性加权法抑制距离旁瓣
• 3.1.1 频域加权
• 3.1.2 时域加权
• 3.2 SVA 法抑制距离旁瓣
• 3.2.1 双切趾滤波
• 3.2.2 SVA
• 3.3 仿真数据实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 熵谱外推法抑制距离旁瓣
• 4.1 熵表征的信号特征
• 4.2 最大熵谱外推
• 4.2.1 外推原理
• 4.2.2 参数求解
• 4.2.3 抑制旁瓣
• 4.3 最小熵谱外推
• 4.3.1 解卷积模型
• 4.3.2 频域约束最小熵谱外推
• 4.3.3 迭代过程
• 4.4 熵谱外推的内在联系
• 4.5 仿真及实测数据结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 数学表达式符号说明