超宽带穿墙雷达杂波抑制与成像方法研究

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穿墙雷达是一种利用电磁波对墙体后的场景进行探测的系统,其根据电磁波在墙体与空气分界面处产生的反射与散射等现象来反演墙后场景和目标的信息,实现对墙后目标的探测和定位。由于超宽带雷达具有分辨率高,穿透性强以及抗干扰能力强等特点,基于超宽带技术的穿墙雷达在军用和民用领域中获得了广泛的应用,具有很好的发展前景。常规的穿墙雷达模型假设天线阵列平行于墙体等间隔放置,然而在某些特殊情况中无法保证这一条件,当天线阵列倾斜于墙体间放置,会给墙体杂波抑制带来困难,目标也会发生偏移。此外,标准的BP成像算法存在旁瓣能量较高的缺陷。本文针对以上问题进行了相关的研究,具体内容如下:(1)针对倾斜阵列导致墙体杂波抑制不完全,目标成像产生偏移的问题,本文提出时延校正的方法,将各天线阵列时域回波信号的发射和接收时刻校正到与墙体平行的虚拟测量线上,使其与天线阵列平行于墙体模型下的特性相同,方便后续成像处理。为提高奇异值分解的准确性,采用Jacobi奇异值分解对原始回波信号进行处理,获得正交性更好的奇异项,再用子空间投影抑制表征墙体的奇异项。仿真结果表明,经过时延校正后的各通道回波信号几乎在同一时刻接收到墙体回波,偏离实际位置的目标被校正到正确位置,墙体杂波也得到有效地抑制。且基于Jacobi奇异值分解的成像结果比传统奇异值分解的成像结果的目标杂波比更高,成像效果更好。(2)在标准BP算法中,每个像素点相干叠加后的成像结果除了包含该点的响应,也包含了其他点的干扰,这会导致成像结果中旁瓣能量较大。为解决该问题,提出利用各通道回波之间的相关性来增大目标和噪声能量对比度的互相关BP成像算法。在叠加之前对各通道的幅值不重复的两两相乘,增大目标和噪声的能量对比。仿真结果表明本文提出的CBP成像算法与标准BP算法相比在一定程度上降低了成像结果的积分旁瓣比,并且抑制了噪声能量,提高了成像质量。(3)基于LabVIEW软件,开发并实现了穿墙雷达墙体杂波抑制算法的平台,对其进行了相应的测试。通过在用户界面输入待处理的回波信号和高斯白噪声等相应参数,调用MATLAB Script节点实现本文提出的基于Jacobi奇异值分解的墙体杂波抑制与目标校正。将回波信号的时域图和成像图显示在LabVIEW界面,完成测试软件的开发。
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