【摘要】：穿墻雷達(dá)能夠?qū)w等障礙物后的目標(biāo)進(jìn)行探測、定位、成像,廣泛應(yīng)用于公安執(zhí)法、反恐巷戰(zhàn)及災(zāi)難救援等多個(gè)領(lǐng)域。墻后微弱的目標(biāo)信號(hào)往往淹沒于墻體信號(hào)中,并存在時(shí)延和衰減等問題,導(dǎo)致目標(biāo)成像效果不佳、定位不準(zhǔn),甚至探測失敗。因此,墻體雜波抑制是穿墻雷達(dá)中需解決的關(guān)鍵問題.基于擴(kuò)頻信號(hào)的穿墻雷達(dá)具有平均功率高、抗噪聲能力強(qiáng)、信號(hào)隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣闊,但由于擴(kuò)頻信號(hào)的連續(xù)波特性,極大的增加了墻體雜波抑制難度。因此,本文針對(duì)擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)中的墻體雜波抑制問題展開研究,主要研究內(nèi)容及取得的成果如下:1.擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)中墻體和目標(biāo)回波信號(hào)具有多徑特征,本文對(duì)多徑信號(hào)的特點(diǎn)及抗多徑干擾方法進(jìn)行研究,仿真對(duì)比不同抗多徑干擾技術(shù)的特點(diǎn)及適用范圍,利用抗多徑技術(shù)對(duì)擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)中的回波信號(hào)時(shí)延進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。此外,搭建了基于時(shí)域有限差分(Finite Different Time Domain,FDTD)方法的穿墻雷達(dá)回波仿真系統(tǒng),使得仿真信號(hào)更加接近實(shí)際的穿墻雷達(dá)回波信號(hào)。根據(jù)擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)的應(yīng)用背景,對(duì)比了不同偽隨機(jī)序列的自相關(guān)特性,仿真結(jié)果表明M序列具有自相關(guān)性好,旁瓣更低等優(yōu)點(diǎn),適用于穿墻雷達(dá)探測,并對(duì)不同擴(kuò)頻碼頻率下的目標(biāo)定位精度進(jìn)行研究。2.提出了一種基于擴(kuò)頻信號(hào)的穿墻雷達(dá)多級(jí)延遲鎖定環(huán)(Multilevel Delay Lock Loop,M-DLL)雜波抑制方法。針對(duì)擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)中微弱目標(biāo)回波淹沒于強(qiáng)雜波中而無法探測這一問題,所提出方法可以依次有效的對(duì)直達(dá)波、墻體一次回波、墻體多次回波等分別進(jìn)行信號(hào)跟蹤并消去,在不影響目標(biāo)回波信息的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了對(duì)墻后目標(biāo)靜止時(shí)的雜波抑制。同時(shí),為了改善目標(biāo)回波信噪比,提出M-DLL長時(shí)相干累積方法,并對(duì)信號(hào)穿過墻體發(fā)生畸變時(shí)的M-DLL方法的雜波抑制能力進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明,M-DLL雜波抑制方法與指數(shù)平均、空域?yàn)V波等現(xiàn)有其它方法相比具有雜波抑制效果好、抗噪聲能力強(qiáng)、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。3.提出一種后向投影中的成像點(diǎn)時(shí)延快速計(jì)算方法。該方法在保證時(shí)延不變的條件下將空氣-墻-空氣的復(fù)雜三層模型轉(zhuǎn)換為簡單的墻-空氣兩層模型,通過在墻體與空氣介質(zhì)的分界面進(jìn)行搜索,找到像點(diǎn)電磁波的最優(yōu)傳播路徑并計(jì)算時(shí)延。該方法避免了對(duì)復(fù)雜高次方程求解與牛頓迭代的大量計(jì)算,改善了穿墻雷達(dá)成像中像點(diǎn)時(shí)延計(jì)算量大、實(shí)時(shí)性弱的問題。仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有其他方法相比,該方法在保證像點(diǎn)時(shí)延計(jì)算精度的前提下,大幅度降低了計(jì)算時(shí)間,滿足穿墻雷達(dá)中實(shí)時(shí)成像的要求。4.提出一種新型的穿墻雷達(dá)子空間雜波抑制方法。該方法針對(duì)子空間雜波抑制技術(shù)中墻體子空間難以確定這一難題,在分析擴(kuò)頻穿墻雷達(dá)中墻體和目標(biāo)奇異值分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,根據(jù)穿墻雷達(dá)天線排列分布特點(diǎn)以及擴(kuò)頻信號(hào)的自相關(guān)特性,利用奇異向量的平穩(wěn)程度對(duì)墻體子空間進(jìn)行有效篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的穿墻雷達(dá)子空間方法相比,所提出方法對(duì)墻體雜波抑制效果好,目標(biāo)圖像清晰,圖像改善因子得到提高。5.提出一種基于頻率步進(jìn)穿墻雷達(dá)的雜波抑制方法。首先對(duì)回波散射矩陣中的墻體信息與目標(biāo)信息的多維特性進(jìn)行分析,給出了墻體參數(shù),天線位置,以及目標(biāo)位置與數(shù)量對(duì)奇異值分布的影響。在此基礎(chǔ)上,將墻體子空間篩選技術(shù)推廣到頻率步進(jìn)穿墻雷達(dá)中,并對(duì)該方法中目標(biāo)與天線孔徑相對(duì)位置,墻體結(jié)構(gòu)對(duì)雜波抑制的影響進(jìn)行深入研究。實(shí)測結(jié)果表明,與現(xiàn)有一些穿墻雷達(dá)子空間雜波抑制方法相比,所提出方法雜波抑制效果較好,目標(biāo)圖像清晰。
【圖文】：

達(dá)中的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)告與研究[2-5]，穿墻雷達(dá)越來越受到世界各國的到快速的發(fā)展。墻雷達(dá)作為一種新興的技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用場景。在軍事方面的城市巷戰(zhàn)往往是單兵傷亡最大的場景，而穿墻雷達(dá)可以為士兵提供準(zhǔn)確的看到”墻體后方敵人的位置，先發(fā)制人，，做到知己知彼，百戰(zhàn)不殆，極大的亡情況[6]；在反恐人質(zhì)救援中，武警、特警可以通過穿墻雷達(dá)提前獲知屋內(nèi)及恐怖分子的數(shù)量等信息，在破門解救過程中，做到心中有數(shù)，對(duì)犯罪分子高人質(zhì)救援成功率[7]，如圖 1-1（a）所示。除了軍事方面的應(yīng)用，穿墻雷用于民生的各個(gè)領(lǐng)域。在災(zāi)難救援方面，穿墻雷達(dá)可以在地震、雪災(zāi)、塌方員快速判斷倒塌的房屋、樹木下是否存在幸存者，為救援行動(dòng)節(jié)省寶貴的時(shí)間1-1（b）所示；在火災(zāi)救援中，該技術(shù)可以幫助消防員在濃濃的煙霧中找到人員[10]；在生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，如利用超寬帶（UWB）電磁波進(jìn)行肌膚、非接觸式的心跳監(jiān)測等[11, 12]，這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)也與穿墻探測技術(shù)密切相墻雷達(dá)在軍事、安保、救援、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)穿墻雷重要的意義。

西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文今已經(jīng)發(fā)展出 XAVER100、400、800、net 等多個(gè)型號(hào)，該穿墻雷達(dá)可以穿透多料的墻體，具有良好的實(shí)時(shí) 3 維目標(biāo)成像能力，高效的雜波性能。除此之外，俄的 Po-400、PicoR-Bio 穿墻雷達(dá)，捷克的 DF108 可攜帶式穿墻雷達(dá)由于其優(yōu)良的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN959

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7 楊s欇

本文編號(hào)：2680938