超宽带穿墙成像算法研究

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超宽带穿墙成像技术能够对障碍物后面的目标进行非入侵式探测,在军事反恐、抢险救灾、矿藏勘探等方面可以发挥重要作用,因此受到了各国的广泛关注,成为近年来雷达成像技术中的一个研究热点。在墙体参数已知的情况下,目前已有一些穿墙成像算法,可以达到良好的成像效果。但由于超宽带穿墙成像技术应用的特殊场景,很难提前获知墙体的参数,因此需要使用估计的墙体参数进行成像。墙体参数估计的准确程度直接影响到成像的质量,在墙体参数未知的情况下如何获得良好的成像效果,这是超宽带穿墙成像技术中的一个关键问题。多视角成像是抑制噪声的一个有效方法,但在传统的多视角成像算法中,散射能力较弱的目标在成像后可能会丢失,这是多视角穿墙成像算法中需要解决的一个问题。   本文基于冲激信号体制的超宽带穿墙成像系统,针对穿墙成像系统中墙体影响造成的目标定位误差和多视角穿墙成像算法中弱目标可能丢失的问题,做了相应的研究,主要工作如下:⑴建立了超宽带穿墙雷达的回波模型,分析了墙体回波和天线直耦波对成像目标回波的干扰情况和它们的抑制方法。分析了经典的超宽带穿墙成像算法的原理,对经典的反向投影穿墙成像算法进行仿真分析,证明了这种算法在墙体参数已知的情况下的有效性。⑵分析了墙体参数估计误差对穿墙成像中定位误差的影响,介绍了现有的墙体参数估计方法,并指出其不足。针对上述问题,给出了一种墙体参数未知情况下的穿墙成像算法,并给出了一种近似计算方法和最佳校正因子搜索方法,降低了计算复杂度,加快成像速度。仿真结果表明,该算法在墙体参数未知的情况下能够提高成像质量,降低定位误差,抑制散焦程度。⑶介绍了多视角成像的意义和原理,对传统的多视角成像方法进行了分析,发现在图像融合后可能发生弱目标丢失的现象。针对这种情况,给出了一种改进的多视角穿墙成像算法。这种算法在图像融合前对弱目标进行补偿,以改善弱目标的多视角成像效果。仿真结果证明,该算法在对弱目标的成像质量和杂波抑制效果都有一定的改善作用。
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