UWB MIMO穿墙雷达的阵列设计和成像方法

利用多发多收(MIMO)方式对超宽带(UWB)穿墙成像雷达天线阵列进行稀疏化处理不失为一种很好的选择。该文从成像模型出发,分析了UWB MIMO天线阵的等效接收阵列问题,给出了基于空间卷积理论的UWB MIMO阵列设计方法,仿真验证了方法的有效性和在穿墙成像系统中应用的可行性。此外,提出了相干系数加权稳健Capon波束形成的自适应成像方法,理论分析和实验结果表明该方法能够获得较高的分辨率和图像信噪比。     

超宽带穿墙雷达的非相干和相干成像算法

在超宽带穿墙成像系统中,选择合适的成像算法非常重要。常见的穿墙成像算法有非相干算法和相干算法,文中对两种算法的原理进行分析,比较了两种算法的优缺点。非相干算法采用三角定位的原理进行成像,硬件简单,但是需要求解一个复杂的方程组,并且当存在多个目标时方程组难以求解,因此在实际应用中受到限制。相干算法主要是反向投影算法,这种算法与合成孔径雷达成像过程类似,能够对单目标和多目标环境进行成像,通用性强。但是运算量比较大,影响了成像速度。     

联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法

采用压缩感知理论的穿墙稀疏成像恢复算法需要感知矩阵满足有限等距性质(RIP),最直接的验证方法是判定感知矩阵的相干系数是否较小。针对现有的穿墙多输入多输出(MIMO)阵列稀疏成像方法没有验证感知矩阵是否满足RIP 性质而容易出现重构失败并导致成像模糊的问题,提出一种联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法。该方法首先依据配置指标将阵元配置为两端发中间收和分时复用的模式,既能使感知矩阵的相干系数最小,又能获得均匀而不冗余的等效虚拟阵元;然后,从中选取部分能够满足感知矩阵相干系数最小的虚拟阵元组合,使用可分离逼近结构稀疏恢复算法充分考虑扩展目标信号的结构稀疏先验信息对其进行稀疏成像重构;最后,选取成像性能指标较好的一组作为成像结果。仿真和实验结果表明,该方法降低了运算量和虚拟阵元间的干扰,节约了硬件成本,提高了算法的稀疏重构性能,获得了高分辨的穿墙扩展目标成像。     

基于MIMO雷达的高分辨成像方法

以实现对空中目标的高分辨成像为目的,文章提出了基于MIMO雷达的技术解决方案.首先分析了MIMO雷达的工作原理和实现形式,而后建立了MIMO雷达成像模型,并推导出MIMO雷达多通道回波与目标空间频谱的对应关系.通过分析目标空间频谱的支撑区分布,论证了MIMO雷达阵列方位向的高分辨成像能力.最后进行了成像仿真实验.结果表明:在同等接收阵列条件下,MIMO阵列与实孔径阵列相比方位分辨率能够得到数倍的提高.     

UWB MIMO生物雷达多静止人体目标成像方法研究

由于临近多静止人体目标之间存在较强的相互干扰,仅利用单通道生物雷达的距离像难以区分多个静止人体目标。为解决上述问题,该文利用超宽带多输入多输出（UWB MIMO）生物雷达获取多静止人体目标的2维高分辨图像,从空间上更好地分隔多静止人体目标,然后基于UWB MIMO图像的慢时间序列对人体生理信号进行增强,有效抑制人体目标间的相互干扰。实测数据结果证明该文所提方法能够获得相互靠近的多静止人体目标的高分辨图像,使后续的多静止人体目标高性能检测与定位成为可能。      

UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

该文提出一种适用于超宽带MIMO稀疏阵列的Kirchhoff迁移成像和运动补偿方法。该方法将传统Kirchhoff积分方程引入到MIMO阵列中,并利用后向格林函数替代前向格林函数来解决小阵列大视场的问题。另外,在通过微波开关切换分时复用的方式来采集接收单元回波数据的同时,增加1个参考通道直接采集参考单元的回波信号来估计运动目标的位置变化信息,对MIMO通道的数据进行运动补偿后再进行3D成像,有效避免了因目标运动导致的散焦和成像结果偏移真实位置的问题。     

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。     

超宽带穿墙雷达稳健波束域高分辨成像方法

以实现超宽带穿墙雷达目标高分辨为目的,提出了稳健波束域高分辨谱估计成像方法.该方法将天线接收数据进行补偿达到阵列数据对齐后,首先利用双约束稳健Capon波束形成(DRCB)进行波束域预处理得到二维空间波束,然后利用Capon谱估计处理其二维空间谱获得高分辨成像.此方法将稳健波束形成和高分辨谱估计结合,明显改善了成像质量...     

超宽带穿墙探测雷达的反向投影成像算法

在SAR BP（Back Project反向投影）成像算法的基础上,结合超宽带穿墙探测雷达应用中存在的特定条件（如墙体的反射、折射及其对宽带信号的色散影响,因天线阵的天线数目有限而使获得的信息量小等）,提出了一种超宽带穿墙探测雷达的BP成像算法。该算法考虑了超宽带电磁波穿透墙体传播的特性,能够去除墙体对成像的影响,并有效抑制了天线阵天线数目较少时的拖尾现象。通过仿真成像,分析了舍成孔径长度对可成像区域和成像精度的影响：合成孔径长度增加,成像精度提高,而可成像区域减小。     

基于Kirchhoff的MIMO探地雷达成像方法

随着对地下探测场景的不断扩大,传统探地雷达系统收发一体、逐点采集的数据获取方式已无法满足实时性需求.近年来,MIMO雷达实时性的优势不断凸显,因此研究基于MIMO的探地雷达数据处理和成像方法很有必要.本文在传统探地雷达偏移成像方法的基础上,针对MIMO探地雷达的空耦合成像问题,提出了一种基于Kirchhoff的MIMO...     

基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法

针对穿墙雷达(TWR)成像过程中墙杂波与成像空间分别具有低秩性和稀疏性的特点,提出了一种基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法.所提成像算法通过奇异值软阈值法和l1范数最小化技术进行迭代求解低秩稀疏约束优化问题,实现在墙体强反射波存在的探测环境中基于压缩感知框架对墙后隐蔽目标的准确成像重建.仿真和实验数据的处理结果验证了所提成像算法的有效性和准确性.     

基于折射波静校正的未知参数穿墙成像合成延迟时算法

在穿墙雷达实际应用中,墙体一般由两层不同介质构成,且各层墙体参数未知.若对墙后目标直接成像,会产生目标散焦或位置偏移.针对该问题,提出了基于折射波静校正的合成延迟时方法对墙后目标进行聚焦成像.首先读取每根接收天线回波数据确定电磁波的折射回波时刻,通过基本折射方程得到延迟时超定方程组,解此超定方程组可得电磁波在外层墙体内...     

太赫兹稀疏阵列相干因子栅旁瓣抑制方法

在太赫兹成像中,阵列的稀疏化设计会引起栅旁瓣的恶化。在传统相干因子(Coherence Factor,CF)加权的基础上设计了适用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)稀疏成像阵列的相位相干因子(Phase Coherence Factor,PCF)和符号相干因子(Sign Coherence Factor,SCF)两种加权栅旁瓣抑制方法。对点目标仿真结果表明,CF、PCF和SCF栅旁瓣抑制后峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio,PSLR)分别降低了17.81 dB、24.56 dB和22.74 dB,在340GHz 4T16R稀疏阵列成像系统中的实测结果也表明,PCF和SCF对栅旁瓣的抑制效果分别优于CF6dB和4dB以上。     

非均匀线阵多输入多输出雷达成像旁瓣抑方法

针对非均匀线阵多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达空间采样率低、成像旁瓣较高的问题,提出了一种基于阵列内插技术的非均匀线阵MIMO雷达成像旁瓣抑制方法. 对匹配滤波后MIMO雷达形成的非均匀等效阵列进行虚拟内插处理,将其变换为均匀线阵,在此基础上,再采用反向投影(Back Projection,BP)算法进行成像. 理论分析和仿真结果表明：所提方法有效地降低了非均匀线阵MIMO雷达的旁瓣水平,提高了成像质量.      

超宽带穿墙探测雷达TH-UWB脉冲串信号分析

从定义出发推导了跳时调制超宽带广义高斯脉冲串(GGP)波形距离模糊函数的解析表达式,并通过仿真分析该波形模糊函数与跳时序列自相关特性、序列周期、脉冲平均重复周期、有效时间宽度、时间尺度因子及调制系数的关系.结果表明:选择良好自相关特性和较长序列周期的跳时序列可增强旁瓣抑制能力;增大时间尺度因子或减小有效时间宽度可增加距离分辨力;权衡选择适宜的调制系数不仅保持波形原有的距离分辨特性,而且有利于采用距离门技术抑制旁瓣.     

Efficient 3D imaging method of MIMO radar for moving target

When compressive sensing (CS) was used to achieve sparse imaging of moving targets,the Doppler frequency caused by motion will increase the processing dimension,change the center frequency of echo and worsen the mutual coherence property of measurement matrix.In order to improve the three-dimensional (3D) imaging performance of MIMO radar for moving targets,an efficient method was proposed.In each dimension,the distribution information of targets was searched respectively and a new low-dimensional measurement matrix was reconstructed accordingly,so the targets’ area was narrowed down.At the same time,in order to optimize the mutual coherence property of measurement matrix,Bayesian method was used to optimize the velocity-dimensional projection matrix to reduce the strong mutual coherence brought by sampling of Doppler frequency,then the efficient sparse imaging could be achieved.The simulation results show that proposed method can improve the efficiency,accurate imaging performance with efficient.     

超宽带穿墙雷达成像技术研究现状

介绍了国内外超宽带穿墙雷达(Ultra Wide-Band Through the Wall Radar,UWB-TWI)装备研制现状,重点放在穿墙雷达成像算法上,包括逆散射成像算法、后向投影算法、时间反转镜方法、压缩感知成像方法等,以期为相关研究人员提供参考.     

340 GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.     

采用遗传算法的MIMO雷达L型阵列稀布优化

针对多输入多输出（MIMO）雷达阵列稀布导致栅瓣效应的问题,研究了L型阵列方向图综合方法。通过在发射和接收阵列的阵元位置中引入随机扰动,同步优化收发阵列,对MIMO雷达Ｌ型阵列等效构造的虚拟矩形平面阵列进行二维方向图综合,并且对遗传算法的变异算子进行改进,提高全局搜索性,从而有效抑制栅瓣,降低二维合成方向图中方位维和俯仰维的峰值旁瓣电平。仿真实验证明了所提算法的有效性。     

一种基于宽带MIMO雷达时域成像的阵列布阵模型

多输入多输出(MIMO)霄达足近几年发展起来的一种新慨念雷达体制.为了进一步降低宽带MIMO雷达的阵列规模和硬件复杂度,使MIMO雷达成像技术实用化成为可能,结合改进型后向投影(BP)成像算法,提出了一种非均匀线阵成像系统阵列布阵模型.提出的阵列布阵模型通过成像系统方位向分辨率婴求和目标方位向成像场景大小确定阵元间距,使得系统的阵列规模和硬件复杂度显著降低.同时,时域成像算法的使用避免了频域算法存在的采样定理限制,有效增强了阵列设计的灵活性,并使得成像阵列规模和硬件复杂度得到进一步降低.最后仿真实验验证了该成像系统布阵模型的正确性和有效性.