超宽带穿墙雷达

赵敏+黄莹+吴思莹

【摘要】 本文研究了基于宽带波束形成技术的穿墙雷达成像技术的基本概念和原理，建立了穿墙雷达成像目标回波模型，详细分析了宽带波束形成基本原理，最后通过matlab仿真成像验证相干成像和非相干成像的不同。

【关键词】 穿墙雷达成像 成像目标回波模型 宽带波束形成原理

一、 超宽带雷达介绍

超宽带穿墙雷达是一种获取更多目标相关信息的新体制雷达，指的是雷达发射信号的带宽与中心频率之比大于0.25，并且带宽越大，雷达的距离分辨率越高。在超宽带信号的照射下，超宽带雷达从目标的散射中心返回的回波信号有别于窄带雷达，接收机输入端的信号不载仅仅是简单的发射 信号的延迟和多普勒频移。雷达目标信息的提取与回波信号有着紧密的联系，因此对于超宽带雷达目标回波的建模研究与接收和处理回波信号尤为重要。

二、基于宽带波束形成技术穿墙雷达成像基本原理

2.1 目标回波模型

图1-1为穿墙雷达成像的场景，假定为点目标，并且假定墙体是单一均匀介质的墙体，厚度和介电常数分别为和，本文采用单发单收天线沿墙体横向移动的方式形成线天线阵列，共在N个天线位置进行数据采集。设发射信号为s（t），为超宽带信号满足距离分辨率要求，接收天线在第m个天线位置接受到的回波信号为

其中，为电磁波在墙体中的传播速度，电磁波在墙体和空气中的传播路径在墙体厚度d和介电常数确知的条件下可以根据Snell定律精确求解，从而可以精确计算回波延迟。

2.2 宽带波束形成基本原理

将目标区域被划分为多个像素点，任意像素点的像素值可计算如下：

其中，，为加权系数，用来表示目标图像扩展程度，一般设置为1。为延迟，用来表示假设目标为点时的回波延迟。

对于目标区域的所有像素点由公式（1-3）得到其相应的像素值，墙体厚度d和介电常数已知的条件下，目标点的像素值能够准确反映目标区域各散射点的强度，最终形成目标区域散射点图像，即为目标区域图像。公式（1-3）所描述的成像过程如若是有相位的叠加过程那么则属于相干成像，如果是幅值叠加而不涉及相位叠加则属于非相干成像过程，对比于非相干成像，相干成像利用了目标雷达回波中的相位信息，所得到的图像得分辨率更高，并且图像的信噪比更高。最终结果如图1-3所示

三、总结

从之前所建立的目标回波模型可以得出，目標回波不仅包含了目标散射特性关于空间位置的信息，还包含了方位角和频率的信息。目标回波还有更多的目标信息可供利用，如极化信息、高度信息等。如果将这些信息有机地进行融合，对未来的发展将是极其有利的。

参 考 文 献

[1]贾勇. 穿墙雷达成像技术研究[D].电子科技大学，2010.

[2]王芳芳. 超宽带穿墙雷达成像算法研究[D].南京邮电大学，2012.

[3]敖卓均. 穿墙雷达成像模式及算法研究[D].电子科技大学，2012.

[4]晋良念. 超宽带穿墙雷达成像技术研究[D].西安电子科技大学，2012.