非均匀墙体下超宽带穿墙雷达成像方法

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超宽带穿墙雷达是一种能够探测到隐藏活动目标的新型雷达,在军事、反恐以及救灾等领域都具有难以估量的应用前景。它的这些应用也引导着超宽带穿墙雷达的不断发展。随着穿墙雷达成像技术的发展,墙体对成像的影响也逐渐成为国内外学者研究的热点。然而,现有研究大多数是将均匀墙视为背景环境的,当成像背景环境为非均匀墙体时,电磁波在穿过这种复杂墙体的过程中,会和墙体内部的非均匀介质发生相互作用,导致回波中出现Floquet多径虚假像和杂波噪声等,从而使墙后目标难以识别,此时利用传统的成像算法很难实现对墙后目标的高分辨率成像。围绕超宽带穿墙雷达成像中墙体对目标成像的影响,本文从以下三个方面进行研究:  1.根据电磁波穿过非均匀墙体后复杂多变的特点,针对两种不同的墙体分别进行分析。首先分析周期结构墙体下的电磁传播特性,电磁波穿过这种周期结构墙体发生的Floquet现象会导致墙体补偿不准确以及多径虚假像的出现,通过建立三层等效均匀介质模型解决墙体补偿问题,通过子孔径双层融合解决Floquet多径问题;然后针对非周期结构墙体,根据电磁波穿过非周期结构墙体后波形杂乱无规律的特点,建立自聚焦传播模型。最后通过仿真和实验结果表明,非均匀墙后目标的成像结果中杂波和虚假像严重且目标旁瓣大,这对墙后目标识别造成很大干扰。  2.针对非均匀墙体引起的随机杂波以及在优化过程中由于人工设置参数而导致结果不准确的问题,提出一种基于交替迭代的TV约束下自适应稀疏成像方法。该方法基于贝叶斯准则,采用“Integrate-out”方法充分利用目标的先验信息实现目标函数的无参数化,利用TV算子在去除杂波虚假像的同时保留扩展目标的边缘轮廓信息,最后利用交替循环迭代法对待求解参数进行交替循环优化,直至收敛。仿真和实验结果证明,该方法不仅可以对扩展目标进行高分辨率成像,还可以有效消除非均匀墙体带来的杂波。  3.TV约束下的稀疏成像方法在迭代过程中由于矩阵求逆会导致运算量较大,以及目标函数非凸会导致结果不唯一,同时TV算子虽然能够有效去除非周期结构墙体带来的随机杂波,但对Floquet虚假像的去除效果有限。针对以上问题,提出一种基于MM优化的TV约束子孔径融合快速稀疏成像方法。首先采用子孔径双层融合方法消除多径虚假像,然后基于MM理论找到一个完全凸的替代函数用于代替原目标函数,构造的上界函数解决每次迭代过程中运算量大的问题,最后对该替代目标函数使用交替迭代方法找到最优解。仿真和实验结果证明,该方法可以在保留扩展目标边缘信息的同时进行快速稳定的高分辨率的成像。
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