超宽带穿墙雷达墙体杂波抑制与快速成像方法研究

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超宽带穿墙探测技术利用其频率低与宽带大的优点,能够对树木、浓烟、混凝土墙等隐蔽物后方进行目标识别与成像,与传统窄带雷达探测相比,由于其穿透性好、距离向分辨率高、抗干扰性强,近几年来在军、民应用方面得到进一步发展。在穿墙雷达探测中,电磁波穿透墙体障碍物时会产生折射、反射与能量衰减,且电磁波在不同墙体介质中传播速度不同,因而成像时会出现目标不存在、偏移、失焦或散焦等情况。此外,BP等传统成像算法对探测场景进行高分辨率成像时需要进行大量的迭代计算,计算复杂度高、占用计算机内存大,成像速度慢。针对上述问题,本文进行了以下研究工作,主要包括:(1)在穿墙雷达探测过程中,目标回波信号往往淹没在墙体杂波中,导致无法进行目标定位成像,针对该问题本文提出了基于联合熵值的穿墙雷达墙体杂波抑制方法。该方法先将两组收发共置的天线平行于墙体等间隔摆放,并先后发射电磁波;然后将得到的两组回波信号分别进行离散化,计算其联合熵值,并根据目标杂波比自适应地选取最佳门限值,以此来区分墙体杂波与目标回波信号并滤除无用杂波;最后将滤除杂波后的信号进行BP目标成像。仿真实验表明,运用本文所提方法相较于熵值法、背景相消法、SVD法,能更为有效的滤除杂波干扰信号,对目标成像清晰且不存在伪影,通过对TCR与图像熵分析表明本文所提方法的杂波抑制效果均优于其他类似算法。(2)传统BP算法将成像区域划分成大小相同的像素点网格,通过计算每个回波信号中采样点到达像素点的时延,并在频域上进行相干叠加实现高分辨率成像。然而为获得高质量或高分辨率的穿墙雷达成像,需要精细划分像素点网格,导致计算量过大,占用过高的计算机内存较高,成像速度过慢等问题,针对这些问题本文提出了基于快速高斯网格非均匀FFT的穿墙雷达快速BP成像方法。该方法通过将BP算法像素点幅值表达式中的回波数据与高斯核函数反卷积以消除高斯平滑的影响,随后对均匀数据进行快速傅里叶变换,最后对得到的数据进行卷积运算使数据均匀平滑输出。计算过程中对需要重复运算的指数进行预先存储,避免重复计算。仿真实验表明,相较于传统BP算法、NUFFT BP算法,本文所提方法在保证成像质量的情况下,有效降低了计算复杂度、内存需求与成像时间。(3)实现了基于Lab VIEW平台的穿墙雷达墙体杂波抑制与快速成像测试软件的开发。前面板中设计并添加相应的输入参数控件,在程序面板中形成相应的程序框图,通过利用MATLAB Script节点调用联合熵值法抑制杂波后进行快速成像,用户可以输入不同门限调节因子来滤除干扰信号,最后通过前面板中二维强度图、三维散点图以及相应的输出参数来显示成像效果,从而完成穿墙雷达墙体杂波抑制与快速成像测试软件的开发。
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