本文關(guān)鍵詞：穿墻雷達(dá)成像處理技術(shù)研究

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【摘要】：穿墻雷達(dá)成像是近些年快速發(fā)展起來的一種對障礙物后的小范圍區(qū)域進(jìn)行微波成像的技術(shù),它能夠?qū)﹄[藏在墻體或者建筑物后的目標(biāo)進(jìn)行探測、成像、定位、跟蹤與識別等,因此在城市巷戰(zhàn)、反恐安保、災(zāi)害及人質(zhì)救援等方面有著廣泛的應(yīng)用。作為一種新的復(fù)雜環(huán)境下的雷達(dá)成像技術(shù),穿墻成像還面臨著諸多的困難和挑戰(zhàn)。本文在學(xué)習(xí)了穿墻雷達(dá)成像的基本原理和應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上,圍繞著獲得高質(zhì)量穿墻成像結(jié)果這一目的,對穿墻成像處理技術(shù)的以下幾個方向展開了重點研究。首先,本文對墻體雜波的抑制問題進(jìn)行了研究。墻體雜波是信號穿墻過程中墻體的反射波,具有幅值大,持續(xù)時間長的特點,非常容易對目標(biāo)回波形成遮蔽效應(yīng),是穿墻成像中最主要的也是影響最大的雜波,所以必須要采取一定的方法對其進(jìn)行抑制。在第三章中,本文分別從回波域和圖像域出發(fā),提出了兩種墻體雜波抑制方法。在回波域方法中,本文利用了墻體雜波在空域是緩變的這一特點,引入SaS方法并聯(lián)合SVD技術(shù)對其進(jìn)行了抑制。在圖像域方法中,由于觀察到雜波像素的回波分量之間存在嚴(yán)重的不一致性,而目標(biāo)像素的回波分量之間則有較好的一致性,所以本文引入了統(tǒng)計學(xué)中的離散系數(shù)來根據(jù)這一特點對像素進(jìn)行加權(quán),從而達(dá)到增強目標(biāo)像素抑制雜波像素的目的。在仿真和實驗中,這兩種方法都表現(xiàn)出對墻體雜波良好的抑制能力。其次,本文對多徑回波引起的虛像問題進(jìn)行了研究。在室內(nèi)環(huán)境下,由于目標(biāo)場景四周墻壁的存在,信號不僅會通過目標(biāo)與雷達(dá)之間的直達(dá)徑傳播,還會在雷達(dá)-墻壁-目標(biāo)之間形成的反射路徑中傳播,從而在接收信號中產(chǎn)生多徑回波。這些回波會在成像結(jié)果中形成多徑虛像,導(dǎo)致虛警概率升高。針對這一問題,本文第四章先是建立了室內(nèi)場景下的多徑回波模型,然后根據(jù)這一模型,提出了一種通過對消多徑回波來消除虛像的方法。在這一方法里,先通過多徑模型估計出多徑回波的時延和幅值,再從接收到的雷達(dá)回波中找到并減去這些多徑回波,進(jìn)而得到虛像抑制后的新的成像結(jié)果。之后本文又提出了一種基于壓縮感知(CS)技術(shù)的能夠抑制虛像出現(xiàn)的成像方法。這種方法將每一個多徑都視為一個觀測通道,并寫成觀測矩陣的形式,再把它們集中到一個觀測模型中,最后使用CS方法進(jìn)行求解成像。由于多徑回波已經(jīng)通過多徑觀測矩陣被認(rèn)為是目標(biāo)在另一個觀測下的回波,所以多徑回波會被反演到目標(biāo)的位置上,而不會再引起虛像的出現(xiàn)。之后本文又對墻體參數(shù)未知時如何進(jìn)行成像這一問題進(jìn)行了研究。在實際穿墻成像環(huán)境中,墻體參數(shù)往往是未知的,且無法進(jìn)行精確測量,這會給場景目標(biāo)的正確反演帶來較大的困難。本文第五沿著兩種不同的思路對這一問題進(jìn)行了研究,并在兩種思路下各提出了一個具體的解決方案。在“先估計墻體參數(shù)-再成像”這一思路下,本文提出了一種基于支持向量回歸(SVR)的墻體參數(shù)估計方法。該方法將大量已知參數(shù)的墻體的回波當(dāng)做訓(xùn)練樣本,利用SVR對其進(jìn)行回歸分析并得到相應(yīng)的回歸函數(shù)。之后只要將接收到的未知墻體的回波輸入回歸函數(shù),利用回歸函數(shù)的輸出和一個代價函數(shù)的最小化過程,即可以估計得到未知墻體的參數(shù)。第二種思路是不估計參數(shù),直接使用自聚焦方法來獲得聚焦正確的成像結(jié)果。由于普通自聚焦方法的計算量比較大,不利于實時成像,本文通過對圖像質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化變量的簡化,提出了一種簡單快速的穿墻成像自聚焦算法,在提高了計算效率的同時獲得了與參數(shù)已知條件下相近的成像結(jié)果。最后本文對穿墻條件下的融合成像與圖像融合方法進(jìn)行了研究。在穿墻成像中,往往可以利用多個觀測角度或者多種觀測手段對同一個場景進(jìn)行多次觀測。這些多次觀測的結(jié)果可以通過有效融合,來提供一幅質(zhì)量更高、更有信息量的圖像。在目標(biāo)的散射位置和散射強度在兩次觀測中近似不變時,本文第六章首先提出了一種基于CS技術(shù)的融合成像方法。由于目標(biāo)的散射位置和散射強度被認(rèn)為是近似不變的,所以可以將兩次觀測的數(shù)據(jù)直接組合起來,統(tǒng)一到CS的觀測模型下進(jìn)行求解,得到高分辨率且沒有較高旁瓣的融合圖像。當(dāng)目標(biāo)的散射位置和散射強度在兩次觀測中變化較大時,本文提出了一種雙層模糊邏輯的圖像融合方法來對兩次觀測各自得到的圖像進(jìn)行非相干融合。該方法在利用第一層圖內(nèi)融合對目標(biāo)在單副圖像中的信息進(jìn)行充分利用的基礎(chǔ)上,再通過第二層的圖間融合,將兩個陣列之間的信息進(jìn)行了融合。仿真和實驗結(jié)果表明該方法能夠增強目標(biāo)抑制雜波,獲得良好的融合效果。
【關(guān)鍵詞】：穿墻雷達(dá)成像 雜波抑制 多徑回波 虛像消除 墻體參數(shù)估計 自聚焦成像 融合成像
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.52
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第1章 緒論16-26
• 1.1 研究背景及意義16-19
• 1.2 穿墻雷達(dá)成像的發(fā)展與研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3 論文的主要工作與創(chuàng)新23-26
• 第2章 穿墻雷達(dá)成像的原理及特點26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 雷達(dá)體制與成像原理26-31
• 2.2.1 穿墻成像雷達(dá)信號波形26-29
• 2.2.2 成像性能分析29-31
• 2.3 墻體對穿墻成像的影響31-37
• 2.3.1 衰減與色散31-33
• 2.3.2 折射與時延33-34
• 2.3.3 對成像性能的影響34-37
• 2.4 常見穿墻成像算法37-42
• 2.4.1 后向投影算法37-38
• 2.4.2 直接頻域成像算法38-39
• 2.4.3 壓縮感知成像方法39-42
• 2.5 本章小節(jié)42-44
• 第3章 墻體雜波抑制44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 墻體雜波的回波域特點44-47
• 3.3 聯(lián)合SVD和SaS的回波域雜波抑制方法47-52
• 3.3.1 SVD在雜波抑制中的應(yīng)用47-48
• 3.3.2 SaS雜波抑制法48
• 3.3.3 SVD與SaS的聯(lián)合48-49
• 3.3.4 仿真與實驗結(jié)果49-52
• 3.4 墻體雜波的圖像域特點52-53
• 3.5 基于離散系數(shù)加權(quán)的圖像域雜波抑制方法53-56
• 3.5.1 理論分析53-54
• 3.5.2 仿真與實驗結(jié)果54-56
• 3.6 本章小節(jié)56-58
• 第4章 穿墻成像中的多徑虛像抑制58-78
• 4.1 引言58-59
• 4.2 室內(nèi)環(huán)境下的多徑模型59-60
• 4.3 多徑虛像的形成特點60-63
• 4.4 基于多徑回波對消的虛像消除技術(shù)63-72
• 4.4.1 回波對消方法63-65
• 4.4.2 兩種特殊情況的討論65-66
• 4.4.3 墻體參數(shù)引起的計算誤差分析66-67
• 4.4.4 仿真與實驗結(jié)果67-72
• 4.5 基于壓縮感知技術(shù)的虛像抑制成像方法72-76
• 4.5.1 虛像抑制成像方法72-75
• 4.5.2 仿真與實驗75-76
• 4.6 本章小節(jié)76-78
• 第5章 未知墻體參數(shù)下的成像方法78-100
• 5.1 引言78
• 5.2 基于支持向量回歸的墻體參數(shù)估計方法78-91
• 5.2.1 支持向量回歸(SVR)簡介78-81
• 5.2.2 SVR在墻體參數(shù)估計中的常規(guī)用法81-83
• 5.2.3 基于SVR的墻體參數(shù)估計方法83-86
• 5.2.4 仿真結(jié)果與分析86-91
• 5.3 穿墻成像中的自聚焦成像方法91-98
• 5.3.1 自聚焦成像原理91-94
• 5.3.2 簡化的的快速自聚焦方法94-96
• 5.3.3 仿真與實驗96-98
• 5.4 本章小節(jié)98-100
• 第6章 穿墻成像的融合成像方法100-114
• 6.1 引言100
• 6.2 基于壓縮感知的融合成像技術(shù)100-104
• 6.2.1 方法原理101-102
• 6.2.2 仿真結(jié)果102-104
• 6.3 穿墻圖像融合的基本方法104-106
• 6.3.1 算術(shù)融合方法104-105
• 6.3.2 模糊邏輯融合105-106
• 6.4 基于雙層模糊邏輯的圖像融合方法106-113
• 6.4.1 第一層——圖內(nèi)融合107-109
• 6.4.2 第二層——圖間融合109
• 6.4.3 仿真與實驗109-113
• 6.5 本章小節(jié)113-114
• 第7章 結(jié)束語114-118
• 7.1 對本文工作的總結(jié)114-115
• 7.2 工作展望115-118
• 參考文獻(xiàn)118-132
• 致謝132-134
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果134

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳潔;超寬帶雷達(dá)信號處理及成像方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（電子學(xué)研究所）;2007年

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本文編號：933134