超寬帶穿墻雷達成像算法研究.pdf

1、通過電磁波實現(xiàn)對障礙物例如墻、門以及不透明材料的穿透探測已經(jīng)成為一種有力的工具，在軍事和民用等領域具有廣泛的應用前景。穿墻雷達成像目前已被廣泛應用于室內的監(jiān)視以及偵察任務中，其中可以利用穿墻雷達成像來實現(xiàn)反恐任務中對人質進行探測以及定位；還可以應用于自然災害中對生還者的搜尋、營救工作中，例如地震以及雪崩等。
　　穿墻雷達成像算法需要解決的關鍵問題為：1)非線性性；2）病態(tài)性；3）墻體作用的影響；4）實時性。本文基于時域有限差分(F

2、inite Difference Time Domain FDTD)仿真模擬穿墻場景，針對這四個關鍵問題，進行了較為系統(tǒng)的研究，取得的研究成果如下：
　　1.研究了超寬帶(Ultra-Wideband UWB)信號的穿墻特性，驗證了UWB信號穿透墻體的過程中經(jīng)歷了時間的延遲，信號的衰減以及波形的失真，討論了發(fā)射信號頻率，墻體材料，墻體厚度以及目標信息對接收信號的影響。
　　2.提出了一種基于支持向量機(Support Vec

3、tor Machine SVM)的實時方法來處理穿墻成像問題，所提方法避免了計算墻體的作用，且成功地解決了穿墻成像問題中存在的非線性和病態(tài)性。穿墻成像問題可以重建為尋找、建立目標散射信號與目標信息之間的映射關系，因此，該問題的非線性以及由墻體所造成的傳播效應便包含在此映射關系中，而這個映射關系可以通過 SVM訓練得到；支持向量機中的超參數(shù)具有正則化的作用；一旦訓練過程完成，預測階段只需幾秒的時間。仿真結果證實該方法是可行的，有效的，且具

4、有魯棒性。
　　3.提出了一種基于相關向量機(Relevance Vector Machine RVM)的實時方法來解決穿墻成像問題，所提方法避免了計算墻體的作用，且能同時解決穿墻成像問題中存在的非線性和病態(tài)性。非線性性包含在目標散射信號與目標信息的關系中，而此關系可以通過RVM訓練得到；因為RVM輸出的是一個概率性的結果，因此，反演過程中的病態(tài)性就自然地考慮到了，而不要再使用其他正則化方法；一旦訓練完成，預測階段只需幾秒時間。仿

5、真結果顯示基于RVM的穿墻成像算法在正確性、收斂性、魯棒性以及泛化性上與基于SVM的穿墻成像算法是相當?shù)模窃谙∈栊陨?，前者的方法要?yōu)于后者。
　　4.電磁波在穿墻傳播時發(fā)生折射、速度的改變以及信號的衰減，這些影響將導致像的散焦、偏移，甚至可能產生虛像，因此成像算法中必須考慮墻體作用。本文運用迭代方法修正了后向投影算法中的時間因子，通過FDTD建模產生精確的穿墻雷達數(shù)據(jù)，然后利用后向投影算法對模擬得到的雷達數(shù)據(jù)進行成像。結果驗證