基于UWB信號的井下探測成像系統(tǒng)中,根據(jù)Nyquist采樣定理,提高發(fā)射信號的帶寬以獲取高分辨率,將導(dǎo)致大量的采樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生,過大的采樣率將會在成像系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)上帶來很大困難。另一方面,在實際成像過程中,成像數(shù)據(jù)的完整性決定了最后成像結(jié)果的準(zhǔn)確性,但由于存在不可避免的誤差和噪聲影響,以及塌方體阻礙下目標(biāo)的隱蔽性,這些因素都將使得成像目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)無法滿足成像要求。因此,在對目標(biāo)回波進(jìn)行成像處理之前,必須對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,通過相關(guān)算法使回波數(shù)據(jù)滿足理想的成像模型,最后聚焦方位向回波信息得到目標(biāo)成像結(jié)果。為了提高穿透塌方體遮蔽目標(biāo)成像的分辨率,并解決超寬帶信號穿透塌方體成像得到方位向回波數(shù)據(jù)不足的問題,通過對傳統(tǒng)的壓縮感知成像算法進(jìn)行分析介紹,結(jié)合井下具體成像環(huán)境,提出一種基于相位誤差估計的CS成像算法對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行補償。該算法的核心思想就是通過對回波數(shù)據(jù)計算得到相位誤差,首先對回波信號的稀疏性進(jìn)行驗證,并構(gòu)建目標(biāo)信號的測量矩陣,利用CS成像算法對回波數(shù)據(jù)重構(gòu)的同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行補償,通過反復(fù)迭代誤差估計,逐漸提高回波數(shù)據(jù)量和成像的質(zhì)量。最后通過不同場景的仿真試驗,驗證所提算法在回波數(shù)據(jù)補償... 

【文章來源】：煤炭科學(xué)技術(shù). 2020,48(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

礦井下超寬帶雷達(dá)探測成像原理

由雷達(dá)成像原理可知，要實現(xiàn)二維平面上的目標(biāo)定位成像，天線陣列數(shù)最低不能少于2個組。井下多采用圖2所示的共享式多發(fā)多收天線MIMO結(jié)構(gòu)，其中ε0為天線所在空間的介質(zhì)參數(shù)，εrε0為塌方體介質(zhì)混合參數(shù)，收發(fā)天線攜帶UWB信號穿透塌方體障礙物進(jìn)入到目標(biāo)體所在空間內(nèi)，對其進(jìn)行信息采集，由于其增強信號的收發(fā)能力，可更好地實現(xiàn)塌方體下目標(biāo)的三維成像。集中式MIMO雷達(dá)由于采用較為緊湊的陣元空間分布，導(dǎo)致目標(biāo)的多通道空間采樣之間呈現(xiàn)部分相關(guān)性，從而限制了系統(tǒng)空間分辨率準(zhǔn)確度，影響成像結(jié)果。礦井下目標(biāo)探測成像[14]屬于半空間的電磁散射問題，因此需要采用FDTD理論進(jìn)行全波電磁仿真，天線陣列采樣平面位于吸收邊界、總場以及散射場邊界之中，直接對目標(biāo)的散射場進(jìn)行采樣。

井下UWB雷達(dá)二維成像模型[15]如圖3所示。在該模型中，分別形成了天線陣列和成像區(qū)域2個不同的區(qū)域，從圖3可以看出，成像區(qū)域在網(wǎng)格化后被劃分為K×L個均勻的小的網(wǎng)格，在稀疏性標(biāo)準(zhǔn)下，要求每個成像目標(biāo)回波的網(wǎng)格對應(yīng)一個像素點。假設(shè)成像過程中的采樣數(shù)量為M,f0～fN-1為采樣周期內(nèi)的頻率變換范圍，成像區(qū)域的目標(biāo)點數(shù)量為p，發(fā)射天線的掃描頻點合計為N個，因此，對UWB回波信號在m=1、2、…、M不同位置處進(jìn)行連續(xù)采樣，接收天線得到的回波信號Sm見式(1)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]利用稀疏信息的正則化雷達(dá)成像理論與方法研究[D]. 楊俊剛.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013



本文編號：3404333