超寬帶穿墻雷達成像及多普勒特性研究.pdf

1、超寬帶穿墻雷達能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑物或障礙物后面目標的探測、定位、成像和跟蹤，在軍事裝備、城市安全、火災(zāi)及地震等自然災(zāi)害搜救方面有著廣泛的應(yīng)用前景。要實現(xiàn)穿墻雷達探測的良好性能，除了系統(tǒng)設(shè)計時考慮好雷達的各種參數(shù)，設(shè)計出性能良好的雷達系統(tǒng)外，信號處理也是一個非常重要的方面。因此，本論文對穿墻雷達信號處理的四個重要方面：目標定位、成像、多普勒頻率特性分析和運動模式識別，進行了深入而細致的研究。本論文的主要創(chuàng)新之處在于：
　　 1、對于有

2、墻體情況，提出了采用牛頓法求解非線性定位方程組和二維空間搜索法兩種目標定位方法，給出了單發(fā)雙收模式下穿墻雷達目標定位的仿真結(jié)果。分析了噪聲對定位精度的影響，研究了兩個墻參數(shù)(墻的介電常數(shù)和厚度)都未知情況下的墻參數(shù)估計和目標定位問題，給出了目標定位的仿真結(jié)果。
　　 2、針對有桌椅、柜子等家具的復(fù)雜背景房間中，采用后向投影(BackProjection，簡稱BP)成像，人等運動目標無法與背景區(qū)分開來的問題，提出一種動目標BP成像

3、算法。對于超寬帶脈沖穿墻雷達，將連續(xù)兩幀對應(yīng)接收天線的回波信號相減再BP成像，能夠有效消除收發(fā)天線間的直耦、墻及墻后家具等靜止背景雜波圖像，保留人等動目標的像；對于超寬帶噪聲穿墻雷達，將連續(xù)兩幀對應(yīng)接收天線回波與發(fā)射噪聲信號的互相關(guān)信號相減，也能夠有效消除收發(fā)天線間的直耦、墻及墻后家具等靜止背景雜波，保留人等動目標的回波信息。將相減后的信號(對脈沖雷達是回波信號之差，對噪聲雷達是互相關(guān)信號之差)利用BP算法進行時域相干疊加，從而獲得動目

4、標人的像，有效提高了圖像信雜比。對上述兩種穿墻雷達體制，將生成的動目標圖像相疊加，均可得到動目標的運動軌跡圖。利用時域有限差分方法(Finite Difference of Time Domain，簡稱FDTD)模擬了多種穿墻成像場景，仿真結(jié)果表明，該方法行之有效，能夠?qū)θ说葎幽繕诉M行檢測、定位、成像和跟蹤。
　　 3、由于經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?Empirical Mode Decomposition，簡稱EMD)可能存在模式混合問題，

5、并且整體平均經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?Ensemble Empirical ModeDecomposition，簡稱EEMD)對信號中的噪聲抑制作用不明顯，提出了一種改進的EEMD方法。將該方法應(yīng)用到穿墻雷達人的運動多普勒特性分析中，并通過希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huang Transform，簡稱HHT)得到多普勒信號的時間-頻率-能量譜。仿真實例和實驗結(jié)果分析均表明，改進的EEMD方法不僅能夠有效地消除模式混合問題，將被測信號中體現(xiàn)不

6、同運動細節(jié)的多普勒頻移成分獨立分解在不同的本征模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function，簡稱IMF)中，而且還能夠有效抑制原信號中的噪聲，得到更清晰的時頻分布。
　　 4、利用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸夂椭С窒蛄繖C(Support Vector Machine，簡稱SVM)相結(jié)合的方法對穿墻雷達墻后人的多種運動進行模式識別。分別采用EMD、EEMD和改進的EEMD將穿墻雷達多普勒探測中人的靜止站立、靜止手臂擺動、前進后退一步、