基于電磁時間反演的高分辨率成像與自適應無線傳輸研究.pdf

1、本文研究了基于電磁時間反演技術的高分辨率雷達成像方法和自適應超寬帶無線傳輸方案。一方面，針對復雜環(huán)境下雷達成像系統(tǒng)所要求的遠作用距離、高靈敏度、高分辨率和高穩(wěn)定性等重要性能指標，深入研究了電磁時間反演算子分解（DORT，法語縮寫）成像方法和傳輸模式的時間反演多信號分類（TR-MUSIC）成像方法。另一方面，考慮到大容量、高數據率、強自適應能力的無線通信系統(tǒng)的發(fā)展需求，本文提出了兩種基于電磁時間反演技術的自適應超寬帶無線傳輸方案，分別是時

2、間反演SISO/MISO脈沖超寬帶傳輸方案和后置時間反演MIMO超寬帶傳輸方案。主要研究內容包括：
　　 ⑴對電磁DORT算法進行了進一步深入研究，對其在電磁探測和成像問題中的全波矢量理論和應用模型進行了研究和討論。論證了DORT在實現高效選擇性目標定位和高分辨率成像方面的優(yōu)勢。顯示其在地下目標探測、穿墻雷達成像、醫(yī)療檢測等領域的應用潛力。隨后，論文將該算法擴展到多頻點和寬帶情形，提出寬帶電磁DORT成像技術。由于寬帶系統(tǒng)能捕捉

3、到目標對不同頻率的不同響應，因此可以更精確、更全面地探測、定位和成像目標。
　　 ⑵提出了傳輸模式的電磁TR-MUSIC成像方法。對存在多散射的模型進行了全波分析，并詳細討論了其特征值系統(tǒng)和偽譜定義。該算法相對于DORT的優(yōu)勢在于其成像分辨率顯著提高，可以探測間距小于一個波長的多目標。與回波模式的TR-MUSIC算法相比，該傳輸模式方法由于等效陣列孔徑的增大進一步提高了成像分辨率，擴大了成像區(qū)域有效范圍，解決了回波模式下陣列平面

4、法線方向上重疊的多目標分辨困難的問題。
　　 ⑶基于時間反演技術的超寬帶脈沖SISO/MISO通信方案在本文提出并用于提高接收端信噪比。由于基于時間反演的傳輸方案的接收端不需要采用Rake接收機，明顯簡化了接收機結構。在該方案的基礎上，本文分析了時間反演脈沖信號的功率優(yōu)化問題，提出了補償系數提取的一種有效方法。然后，進一步驗證了功率補償后的時間反演通信系統(tǒng)在滿足美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）規(guī)定的輻射要求的同時，仍能保證其相對于傳

5、統(tǒng)超寬帶脈沖通信的性能優(yōu)勢。這對實際工程中的電磁兼容設計具有重要意義。
　　 ⑷提出了一種后置時間反演MIMO超寬帶無線傳輸方案。得益于時間反演技術的空時聚焦特性，該方案的理論分析和數值實驗都顯示了它在有效利用復雜環(huán)境下的多徑效應、獲取高信噪比方面的顯著優(yōu)勢。同時，基于確定信道模型的通信系統(tǒng)分析顯示，該方案的抗信道估計誤差的魯棒性明顯提高。這證實了時間反演技術的引入有利于低誤碼率、高傳輸速率、高抗信道估計誤差和抗多徑效應的無線傳