穿墙探测雷达合成孔径成像算法的研究与实现

论文摘要

超宽带穿墙探测雷达（ Ultra Wideband Through-wall Detection Radar ,UWB-TWDR）是一种基于超宽带技术及合成孔径技术的新型雷达,具有高分辨、强穿透性等优点,能够实现对墙等遮蔽体后运动目标的准确定位、跟踪及成像,具有及其重要的军事、民用价值。本文研究了超宽带穿墙雷达的成像系统,重点讨论了合成孔径成像算法在超宽带穿墙探测雷达中的应用及其快速实现方法。主要工作概括如下:1.结合超宽带信号的特点,从频域角度研究超宽带波束形成特性。文中给出了理论推导过程,并进行了仿真实验验证,为系统中基于超宽带波束形成技术的成像算法提供理论依据。2.结合系统外场试验时的电磁干扰特点,对穿墙探测雷达回波信号进行建模。针对性的采用波形平均、中值滤波、小波降噪及奇异值分解等处理技术进行干扰抑制,实现回波数据的预处理。实验结果表明数据预处理效果明显。3.针对试验系统中基于延时-求和波束形成方法的传统超宽带成像算法目标分辨率低、容易产生误判的缺点,采用最小方差无畸变响应波束加权及相关因子加权优化成像算法,并应用于隐藏活动目标的检测、跟踪及成像中。外场实验结果表明目标杂波比改善明显,成像分辨率得到提高。4.为满足系统小型化、实时性的要求,文中深入研究了Cordic算法,并对其进行了改进。将改进的Cordic算法与牛顿迭代法,综合应用于穿墙探测雷达系统中,有效地降低了目标定位过程中耗时较大的平方与开方运算量。通过DSP仿真验证,优化后的算法大大增强了系统的实时处理能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究历史与现状
• 1.2 本文的主要工作
• 第二章 基于延时-求和波束形成器的波束性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 超宽带信号模型
• 2.3 常规波束形成器
• 2.3.1 延时-求和波束形成器
• 2.3.2 波束形成性能参数
• 2.3.3 仿真验证实验
• 2.4 超宽带阵列
• 2.4.1 面阵
• 2.4.2 圆阵
• 2.4.3 V 型阵
• 2.5 本章小结
• 第三章 穿墙雷达回波预处理
• 3.1 回波信号模型
• 3.2 回波干扰抑制
• 3.2.1 波形平均对消
• 3.2.2 中值滤波
• 3.2.3 小波降单支重构降噪
• 3.2.4 基于SVD 算法的直达波抑制
• 3.2.5 算法性能评估
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于自适应波束形成的穿墙雷达成像算法
• 4.1 引言
• 4.2 超宽带穿墙雷达成像算法研究
• 4.2.1 穿墙雷达成像试验方案
• 4.2.2 基于延时-求和波束形成器的成像算法
• 4.2.3 基于MVDR 波束形成及CF 加权成像方法
• 4.2.4 实验结果及分析
• 4.3 超宽带穿墙雷达动目标跟踪
• 4.3.1 动目标跟踪数据采集及处理
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 迭代算法在成像算法快速实现中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 算法分析
• 5.2.1 时延估计
• 5.2.2 改进的Cordic 迭代算法
• 5.2.3 牛顿迭代法
• 5.3 目标定位算法的优化实现
• 5.3.1 成像区域划分
• 5.3.2 准确度分析
• 5.3.3 耗时分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果
• 附录 系统演示图