超寬帶穿墻雷達(dá)

趙敏+黃瑩+吳思瑩

【摘要】 本文研究了基于寬帶波束形成技術(shù)的穿墻雷達(dá)成像技術(shù)的基本概念和原理，建立了穿墻雷達(dá)成像目標(biāo)回波模型，詳細(xì)分析了寬帶波束形成基本原理，最后通過matlab仿真成像驗(yàn)證相干成像和非相干成像的不同。

【關(guān)鍵詞】 穿墻雷達(dá)成像 成像目標(biāo)回波模型 寬帶波束形成原理

一、 超寬帶雷達(dá)介紹

超寬帶穿墻雷達(dá)是一種獲取更多目標(biāo)相關(guān)信息的新體制雷達(dá)，指的是雷達(dá)發(fā)射信號的帶寬與中心頻率之比大于0.25，并且?guī)捲酱螅走_(dá)的距離分辨率越高。在超寬帶信號的照射下，超寬帶雷達(dá)從目標(biāo)的散射中心返回的回波信號有別于窄帶雷達(dá)，接收機(jī)輸入端的信號不載僅僅是簡單的發(fā)射 信號的延遲和多普勒頻移。雷達(dá)目標(biāo)信息的提取與回波信號有著緊密的聯(lián)系，因此對于超寬帶雷達(dá)目標(biāo)回波的建模研究與接收和處理回波信號尤為重要。

二、基于寬帶波束形成技術(shù)穿墻雷達(dá)成像基本原理

2.1 目標(biāo)回波模型

圖1-1為穿墻雷達(dá)成像的場景，假定為點(diǎn)目標(biāo)，并且假定墻體是單一均勻介質(zhì)的墻體，厚度和介電常數(shù)分別為和，本文采用單發(fā)單收天線沿墻體橫向移動的方式形成線天線陣列，共在N個(gè)天線位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。設(shè)發(fā)射信號為s（t），為超寬帶信號滿足距離分辨率要求，接收天線在第m個(gè)天線位置接受到的回波信號為

其中，為電磁波在墻體中的傳播速度，電磁波在墻體和空氣中的傳播路徑在墻體厚度d和介電常數(shù)確知的條件下可以根據(jù)Snell定律精確求解，從而可以精確計(jì)算回波延遲。

2.2 寬帶波束形成基本原理

將目標(biāo)區(qū)域被劃分為多個(gè)像素點(diǎn)，任意像素點(diǎn)的像素值可計(jì)算如下：

其中，，為加權(quán)系數(shù)，用來表示目標(biāo)圖像擴(kuò)展程度，一般設(shè)置為1。為延遲，用來表示假設(shè)目標(biāo)為點(diǎn)時(shí)的回波延遲。

對于目標(biāo)區(qū)域的所有像素點(diǎn)由公式（1-3）得到其相應(yīng)的像素值，墻體厚度d和介電常數(shù)已知的條件下，目標(biāo)點(diǎn)的像素值能夠準(zhǔn)確反映目標(biāo)區(qū)域各散射點(diǎn)的強(qiáng)度，最終形成目標(biāo)區(qū)域散射點(diǎn)圖像，即為目標(biāo)區(qū)域圖像。公式（1-3）所描述的成像過程如若是有相位的疊加過程那么則屬于相干成像，如果是幅值疊加而不涉及相位疊加則屬于非相干成像過程，對比于非相干成像，相干成像利用了目標(biāo)雷達(dá)回波中的相位信息，所得到的圖像得分辨率更高，并且圖像的信噪比更高。最終結(jié)果如圖1-3所示

三、總結(jié)

從之前所建立的目標(biāo)回波模型可以得出，目標(biāo)回波不僅包含了目標(biāo)散射特性關(guān)于空間位置的信息，還包含了方位角和頻率的信息。目標(biāo)回波還有更多的目標(biāo)信息可供利用，如極化信息、高度信息等。如果將這些信息有機(jī)地進(jìn)行融合，對未來的發(fā)展將是極其有利的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]賈勇. 穿墻雷達(dá)成像技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2010.

[2]王芳芳. 超寬帶穿墻雷達(dá)成像算法研究[D].南京郵電大學(xué)，2012.

[3]敖卓均. 穿墻雷達(dá)成像模式及算法研究[D].電子科技大學(xué)，2012.

[4]晉良念. 超寬帶穿墻雷達(dá)成像技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué)，2012.