超寬帶穿墻雷達

趙敏+黃瑩+吳思瑩

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

【關鍵詞】 穿墻雷達成像 成像目標回波模型 寬帶波束形成原理

一、 超寬帶雷達介紹

超寬帶穿墻雷達是一種獲取更多目標相關信息的新體制雷達，指的是雷達發(fā)射信號的帶寬與中心頻率之比大于0.25，并且?guī)捲酱?，雷達的距離分辨率越高。在超寬帶信號的照射下，超寬帶雷達從目標的散射中心返回的回波信號有別于窄帶雷達，接收機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。雷達目標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目標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穿墻雷達成像基本原理

2.1 目標回波模型

圖1-1為穿墻雷達成像的場景，假定為點目標，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個天線位置進行數(shù)據(jù)采集。設發(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，從而可以精確計算回波延遲。

2.2 寬帶波束形成基本原理

將目標區(qū)域被劃分為多個像素點，任意像素點的像素值可計算如下：

其中，，為加權系數(shù)，用來表示目標圖像擴展程度，一般設置為1。為延遲，用來表示假設目標為點時的回波延遲。

對于目標區(qū)域的所有像素點由公式（1-3）得到其相應的像素值，墻體厚度d和介電常數(shù)已知的條件下，目標點的像素值能夠準確反映目標區(qū)域各散射點的強度，最終形成目標區(qū)域散射點圖像，即為目標區(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雷達回波中的相位信息，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回波模型可以得出，目標回波不僅包含了目標散射特性關于空間位置的信息，還包含了方位角和頻率的信息。目標回波還有更多的目標信息可供利用，如極化信息、高度信息等。如果將這些信息有機地進行融合，對未來的發(fā)展將是極其有利的。

參 考 文 獻

[1]賈勇. 穿墻雷達成像技術研究[D].電子科技大學，2010.

[2]王芳芳. 超寬帶穿墻雷達成像算法研究[D].南京郵電大學，2012.

[3]敖卓均. 穿墻雷達成像模式及算法研究[D].電子科技大學，2012.

[4]晉良念. 超寬帶穿墻雷達成像技術研究[D].西安電子科技大學，2012.