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UWB MIMO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。     

一种新型超宽带穿墙雷达运动目标跟踪成像算法

近场区域的非接触式穿墙目标跟踪成像探测是超宽带脉冲雷达在火灾救援、安全保卫、城市巷战以及生命威胁等方面的一个重要应用。基于超宽带脉冲雷达的边界散射变换和直接散射波形提取的边界估计算法(SEABED)由于其不适用于穿墙条件下运动目标的成像与跟踪的情况,该文结合SEABED算法的成像原理,提出回波时延差关系曲线概念从而利用三角定位原理和坐标转换实现运动目标的成像与跟踪。文中提出的算法假设在近场条件下,针对运动目标场景建立系统模型,通过成像结果和速度值的同时估计,对墙体背后的运动目标的边界和轨迹进行有效估计。仿真结果表明,该算法能够弥补墙体对目标回波的影响,精确度高,达到穿墙目标跟踪成像探测的目的。     

时间反转技术在超宽带穿墙雷达中的应用

将时间反转(Time Reversal,TR)技术与阵列成像技术相结合,通过数值仿真研究了该技术在超宽带穿墙雷达(Through-the-Wall-Radar,TWR)探测中的应用。仿真分别考虑了单层和多层墙体环境下隐蔽的单目标和多目标探测问题,并将相应的时间反转成像与改进的后向投影(Improved Back Projection,IBP)算法成像进行了对比。结果显示,时间反转技术能够为超宽带穿墙雷达探测系统提供更高分辨率的探测结果。     

超宽带MIMO穿墙雷达信道建模与运动目标成像

超宽带MIMO雷达因其具有的良好分辨率,有效减少阵元数及高速率数据获取能力,近年来在穿墙应用中发挥越来越重要的作用。由于超宽带MIMO雷达自身的天线配置特点和日益增长的应用需求,对信道模型提出新的要求。该文在分析超宽带MIMO穿墙雷达配置特点基础上对信道模型进行了重新建模推导。将建模场景由传统的单堵墙体拓展至建筑物场景,对收发分置下各分量的信号传输路径进行了精确计算,并根据拓展目标理论对各回波分量表达式进行了推导。基于该文模型,提出了一种有效的穿墙动目标成像方法。借助实际穿墙系统,在复杂的外场环境下验证了该文模型正确性,同时表明所提方法能够有效提高成像质量。     

一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达设计

该文提出了一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达的设计方法。人体感知雷达主要包括对运动人体目标进行跟踪以及对静止人体目标的呼吸频率进行提取。为了获得较强的穿透能力与较好的距离分辨率,采用了载波为800 MHz的m序列作为雷达发射信号。为了减小雷达系统尺寸,采用高速DAC与FPGA直接合成m序列调制信号,发射信号的平均功率为5 dBm。接收机具有两个混合采样接收通道,第1通道用于实时获得参考码,第2通道用于接收雷达回波。为了提高雷达系统扫描率,采用FPGA内部的多个DSP内核级联来实现脉冲压缩的并行计算。另外,动目标跟踪算法与生命探测算法在Intel处理器内运行,将探测结果传给头盔上的微型显示器进行显示。最后,通过穿墙实验表明,该雷达能实时跟踪墙后16 m内的动目标,同时能提取墙后14 m内静止人体的呼吸频率。      

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。     

基于压缩感知的稀疏阵列MIMO雷达成像方法

针对MIMO雷达对空目标单次快拍成像时天线数目较多问题,该文提出了一种稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。首先分析了MIMO雷达天线的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。该方法不仅能够对运动目标实现单次快拍成像,避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又能够大幅减少MIMO雷达的天线规模,便于工程实现。最后利用仿真实验验证了所提方法的有效性。     

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.     

基于超宽带雷达的运动人体目标跟踪成像算法

 超宽带雷达用于人体探测,在大规模城区巷战、反恐斗争和灾害救援等方面有着广阔的应用前景.传统的超宽带成像算法在识别能力及计算效率上已不能满足要求.本文针对运动人体目标场景建立系统模型,将人体运动等效为天线移动扫描,基于快速SEABED成像算法提出一种用于超宽带雷达的动目标跟踪成像算法.仿真与实验结果验证了算法的有效性和可行性,该算法对系统硬件要求低,实时性好,准确度高,能完成对运动目标速度估计及运动轨迹跟踪,并对目标边界成像.     

UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

该文提出一种适用于超宽带MIMO稀疏阵列的Kirchhoff迁移成像和运动补偿方法。该方法将传统Kirchhoff积分方程引入到MIMO阵列中,并利用后向格林函数替代前向格林函数来解决小阵列大视场的问题。另外,在通过微波开关切换分时复用的方式来采集接收单元回波数据的同时,增加1个参考通道直接采集参考单元的回波信号来估计运动目标的位置变化信息,对MIMO通道的数据进行运动补偿后再进行3D成像,有效避免了因目标运动导致的散焦和成像结果偏移真实位置的问题。     

基于 RMA 的三维成像与二维 MIMO 阵设计

距离迁移(RM)算法能够精确校正近场距离徙动,同时通过使用快速傅里叶变换可以达到很高的计算效率,具有应用于近场MIMO雷达三维实时成像的潜力。RM算法应用于近场MIMO成像的主要挑战是设计合适的阵列结构。文中利用球面波分解为无穷多个平面波的方法推导了MIMO雷达近场三维RM 成像算法,在深入分析算法实现流程的基础上得 到了RM算法对MIMO阵列构型的四条约束条件。提出了一种适用RM算法的MIMO阵列设计方法,并利用所提方法设计了MIMO阵列,结合仿真,分析了所设计阵列的成像性能。     

用于超宽带高分辨率成像的二维稀疏MIMO面阵拓扑结构研究

分析并总结了超宽带二维多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)面阵拓扑结构设计的两条原则——等效孔径的均匀性与无明显遮蔽性, 并根据这两条原则提出了一种用于超宽带近距离高分辨率成像的新型面阵拓扑结构.与尺寸、阵元数相同的MIMO面阵相比, 该新型面阵结构在仿真获取的方向图中具有更好的聚焦效果和旁瓣抑制能力.并且, 不同距离下的聚焦结果显示, 该面阵的峰值旁瓣水平均要低于另两个阵列2 dB以上.对复杂目标成像的实验结果进一步证明了该阵列良好的成像性能.结合其等效阵元数量较少的特点, 文中提出的这种新型MIMO面阵拓扑结构为高效、实时的超宽带近距离高分辨率成像应用提供了可能.     

联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法

采用压缩感知理论的穿墙稀疏成像恢复算法需要感知矩阵满足有限等距性质(RIP),最直接的验证方法是判定感知矩阵的相干系数是否较小。针对现有的穿墙多输入多输出(MIMO)阵列稀疏成像方法没有验证感知矩阵是否满足RIP 性质而容易出现重构失败并导致成像模糊的问题,提出一种联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法。该方法首先依据配置指标将阵元配置为两端发中间收和分时复用的模式,既能使感知矩阵的相干系数最小,又能获得均匀而不冗余的等效虚拟阵元;然后,从中选取部分能够满足感知矩阵相干系数最小的虚拟阵元组合,使用可分离逼近结构稀疏恢复算法充分考虑扩展目标信号的结构稀疏先验信息对其进行稀疏成像重构;最后,选取成像性能指标较好的一组作为成像结果。仿真和实验结果表明,该方法降低了运算量和虚拟阵元间的干扰,节约了硬件成本,提高了算法的稀疏重构性能,获得了高分辨的穿墙扩展目标成像。     

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。     

稀疏阵列L 型MIMO 雷达运动目标三维成像方法

针对L型多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达对空中运动目标三维成像天线数目较多问题,提出了发射阵列采用稀疏布阵的L型MIMO雷达三维成像方法。该文首先分析了MIMO雷达发射阵列的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了基于稀疏阵列的三维成像方法。该方法在大幅减少L型MI-MO雷达发射天线的条件下,实现了对运动目标的单次快拍三维成像,不仅有效避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又降低了系统的硬件复杂度,便于工程应用。最后利用仿真实验验证了本文方法的有效性和可行性。     

基于MIMO雷达的高分辨成像方法

以实现对空中目标的高分辨成像为目的,文章提出了基于MIMO雷达的技术解决方案.首先分析了MIMO雷达的工作原理和实现形式,而后建立了MIMO雷达成像模型,并推导出MIMO雷达多通道回波与目标空间频谱的对应关系.通过分析目标空间频谱的支撑区分布,论证了MIMO雷达阵列方位向的高分辨成像能力.最后进行了成像仿真实验.结果表明:在同等接收阵列条件下,MIMO阵列与实孔径阵列相比方位分辨率能够得到数倍的提高.     

艇载稀疏阵列MIMO雷达地面运动目标成像方法

本文针对地面运动目标成像问题,提出了基于平流层飞艇平台的稀疏阵列MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达的成像方法.该方法首先利用MIMO雷达阵列对观测场景进行空间并行采样获取其散射信息,其次由于两次脉冲回波信号中的运动目标信息不同而地杂波(或静止地物)信息相同,因此利用一次相消技术抑制回波信号中的地杂波分量.然后基于观测场景中运动目标的稀疏特性,将压缩感知理论引入到对运动目标重建过程中.该方法可有效避免地面运动目标成像时的地杂波干扰和运动补偿问题,同时采用稀疏阵列可大幅减少天线阵元个数,从而降低对飞艇平台的要求和系统成本,便于工程应用.最后利用仿真实验验证了该方法的有效性和可行性.     

一种新的MIMO线阵穿墙成像模型及其环境参数估计

通过估计墙体厚度及介电常数等环境参数来进行补偿成像是近年来穿墙雷达成像研究领域的热点。为解决传统穿墙成像模型中天线需要严格平行于墙体的限制,以及现有的环境参数估计算法计算效率低,稳健性较差的问题,该文建立了一种新的多发多收(MIMO)体制穿墙雷达成像模型以适应阵列与墙体位置关系未知的情况,同时根据该模型下墙体前后沿回波路径模型,提出一种仅依赖于墙体回波时延的环境参数估计算法,稳健性高并且运算复杂度低。时域有限差分(FDTD)仿真数据验证了成像模型和环境参数估计算法的有效性。