【摘要】：穿墻雷達能夠對墻體等障礙物后的目標進行探測、定位、成像,廣泛應用于公安執(zhí)法、反恐巷戰(zhàn)及災難救援等多個領域。墻后微弱的目標信號往往淹沒于墻體信號中,并存在時延和衰減等問題,導致目標成像效果不佳、定位不準,甚至探測失敗。因此,墻體雜波抑制是穿墻雷達中需解決的關鍵問題.基于擴頻信號的穿墻雷達具有平均功率高、抗噪聲能力強、信號隱蔽性好等優(yōu)點,應用前景廣闊,但由于擴頻信號的連續(xù)波特性,極大的增加了墻體雜波抑制難度。因此,本文針對擴頻穿墻雷達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.擴頻穿墻雷達中墻體和目標回波信號具有多徑特征,本文對多徑信號的特點及抗多徑干擾方法進行研究,仿真對比不同抗多徑干擾技術的特點及適用范圍,利用抗多徑技術對擴頻穿墻雷達中的回波信號時延進行準確估計。此外,搭建了基于時域有限差分(Finite Different Time Domain,FDTD)方法的穿墻雷達回波仿真系統(tǒng),使得仿真信號更加接近實際的穿墻雷達回波信號。根據(jù)擴頻穿墻雷達的應用背景,對比了不同偽隨機序列的自相關特性,仿真結果表明M序列具有自相關性好,旁瓣更低等優(yōu)點,適用于穿墻雷達探測,并對不同擴頻碼頻率下的目標定位精度進行研究。2.提出了一種基于擴頻信號的穿墻雷達多級延遲鎖定環(huán)(Multilevel Delay Lock Loop,M-DLL)雜波抑制方法。針對擴頻穿墻雷達中微弱目標回波淹沒于強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直達波、墻體一次回波、墻體多次回波等分別進行信號跟蹤并消去,在不影響目標回波信息的基礎上,實現(xiàn)了對墻后目標靜止時的雜波抑制。同時,為了改善目標回波信噪比,提出M-DLL長時相干累積方法,并對信號穿過墻體發(fā)生畸變時的M-DLL方法的雜波抑制能力進行分析。仿真結果表明,M-DLL雜波抑制方法與指數(shù)平均、空域濾波等現(xiàn)有其它方法相比具有雜波抑制效果好、抗噪聲能力強、定位精度高等優(yōu)點。3.提出一種后向投影中的成像點時延快速計算方法。該方法在保證時延不變的條件下將空氣-墻-空氣的復雜三層模型轉換為簡單的墻-空氣兩層模型,通過在墻體與空氣介質的分界面進行搜索,找到像點電磁波的最優(yōu)傳播路徑并計算時延。該方法避免了對復雜高次方程求解與牛頓迭代的大量計算,改善了穿墻雷達成像中像點時延計算量大、實時性弱的問題。仿真結果表明,與現(xiàn)有其他方法相比,該方法在保證像點時延計算精度的前提下,大幅度降低了計算時間,滿足穿墻雷達中實時成像的要求。4.提出一種新型的穿墻雷達子空間雜波抑制方法。該方法針對子空間雜波抑制技術中墻體子空間難以確定這一難題,在分析擴頻穿墻雷達中墻體和目標奇異值分布規(guī)律的基礎上,根據(jù)穿墻雷達天線排列分布特點以及擴頻信號的自相關特性,利用奇異向量的平穩(wěn)程度對墻體子空間進行有效篩選。實驗結果表明,與傳統(tǒng)的穿墻雷達子空間方法相比,所提出方法對墻體雜波抑制效果好,目標圖像清晰,圖像改善因子得到提高。5.提出一種基于頻率步進穿墻雷達的雜波抑制方法。首先對回波散射矩陣中的墻體信息與目標信息的多維特性進行分析,給出了墻體參數(shù),天線位置,以及目標位置與數(shù)量對奇異值分布的影響。在此基礎上,將墻體子空間篩選技術推廣到頻率步進穿墻雷達中,并對該方法中目標與天線孔徑相對位置,墻體結構對雜波抑制的影響進行深入研究。實測結果表明,與現(xiàn)有一些穿墻雷達子空間雜波抑制方法相比,所提出方法雜波抑制效果較好,目標圖像清晰。
【圖文】：

達中的技術進行了詳細的報告與研究[2-5]，穿墻雷達越來越受到世界各國的到快速的發(fā)展。墻雷達作為一種新興的技術，具有廣泛的應用領域與應用場景。在軍事方面的城市巷戰(zhàn)往往是單兵傷亡最大的場景，而穿墻雷達可以為士兵提供準確的看到”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]；在反恐人質救援中，武警、特警可以通過穿墻雷達提前獲知屋內(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)，對犯罪分子高人質救援成功率[7]，如圖 1-1（a）所示。除了軍事方面的應用，穿墻雷用于民生的各個領域。在災難救援方面，穿墻雷達可以在地震、雪災、塌方員快速判斷倒塌的房屋、樹木下是否存在幸存者，為救援行動節(jié)省寶貴的時間1-1（b）所示；在火災救援中，該技術可以幫助消防員在濃濃的煙霧中找到人員[10]；在生物醫(yī)學的各個領域，如利用超寬帶（UWB）電磁波進行肌膚、非接觸式的心跳監(jiān)測等[11, 12]，這些技術的實現(xiàn)也與穿墻探測技術密切相墻雷達在軍事、安保、救援、醫(yī)學等各個領域都有著廣泛的應用，對穿墻雷重要的意義。

西安理工大學博士學位論文今已經(jīng)發(fā)展出 XAVER100、400、800、net 等多個型號，該穿墻雷達可以穿透多料的墻體，具有良好的實時 3 維目標成像能力，高效的雜波性能。除此之外，俄的 Po-400、PicoR-Bio 穿墻雷達，捷克的 DF108 可攜帶式穿墻雷達由于其優(yōu)良的應用于各個領域。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN959

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本文編號：2680938