多频连续波穿墙雷达信号处理方法与系统实现
文献类型：学位论文
| 作者 | 丁一鹏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05-29 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 方广有 |
| 关键词 | 多频连续波穿墙雷达 频率模糊效应 动目标检测 高维频率拟合 微多普勒信号 多分量识别 直达波对消 |
| 学位专业 | 电磁场与微波技术 |
| 中文摘要 | 穿墙雷达（Through-Wall Radar, TWR）是近年来将微波遥感理论和雷达成像技术相结合而产生的一种新型短距离探测系统，可对隐藏在墙、门等不透明障碍物后的运动目标进行非侵入式的检测和跟踪，在城区巷战、反恐斗争以及灾害救援等诸多领域存在着广泛的应用前景。穿墙雷达目标探测技术的研究工作主要包括两个方面：一是高精度目标识别和定位算法的理论研究和实验论证；二是高性能雷达系统的相关仿真和设计实现。本文围绕穿墙雷达中常见的多频连续波（Multi-Frequency Continuous Wave，MF-CW）探测系统，针对传统连续波雷达探测距离短、目标识别困难，定位精度低等缺陷，深入开展了理论研究、数值仿真、实验验证以及雷达样机的设计开发等多方面的工作。论文的主要工作和创新性成果包括：1. 分析了电磁波在非金属介质中的传输特性，介绍了连续波穿墙雷达的回波结构及相应信号模型。根据连续波穿墙雷达回波调制分量的信号特征，建立了雷达目标定位的基础探测模型。2. 实时定位是穿墙雷达信号处理的基本要求，也是评价系统检测性能的一项重要参数。针对多频连续波穿墙雷达实时检测所带来的数据量小、检测分辨率低等缺陷，提出了一种基于自回归-滑动平均（Autoregressive moving average， ARMA）模型的回波递推算法，通过前/后向扩展时窗范围内的已知数据，有效提高了雷达的检测精度和分辨能力。3. 研究了多频连续波穿墙雷达信号处理过程中虚假目标产生的原因。在具体分析了回波不同状态下概率密度分布的基础上，提出了一种适用于多频连续波穿墙雷达的恒虚警检测算法。通过对检测过程中噪声幅值参数的实时估测，算法能够根据当前检测环境自适应地调节系统阈值，减小噪声分量对回波信号的干扰，在保证需求的检测概率基础上，有效抑制了探测的虚警概率。4. 精确可靠的定位算法是穿墙雷达目标探测技术的主要难题之一。传统的多频连续波穿墙雷达在信号处理过程中通常存在目标识别困难、检测精度低等缺陷。针对上述传统处理上的不足，本文提出了一种新的基于高维频率拟合技术的目标定位算法，有效改进了雷达对多个运动目标的识别能力和定位精度。5. 随着穿墙雷达应用的日益广泛、探测技术的不断发展，单纯对检测区域内的运动目标进行跟踪和定位可能已无法满足人们的实际需求。有时，观测者往往希望能够获取目标更为细致的动作特征，以便对目标身份、姿态乃至具体行为作出相应判断。针对上述需求，研究建立了人体步态微多普勒信号的回波模型，分析了两种常用去噪方法的特点，并在此基础上提出了一种针对人体微多普勒分量的快速识别和分离算法，并通过数值仿真实验验证了该算法的有效性和可靠性。6. 根据雷达参数估计的相关理论及目标探测的基本原理，分析确定了多频连续波穿墙雷达的各项关键参数并搭建了具有实用功能的雷达样机。在设计过程中，针对传统多频连续波定位系统检测距离短、回波对消耗时长等缺陷，重新设计了雷达的直达波对消电路，提出了一种新颖的反馈对消结构。实验测试证明，采用改进模块能大幅节省对消操作中所需的处理时间，并有效提高雷达的最大检测距离。此外，改进的对消模块还能针对回波信号中变化的直达波分量自适应地作出调整，不仅提高了对消精度，同时保证了雷达在变化环境下的检测性能。 |
| 索取号 | 621.38 |
| 学科主题 | 雷达 ; Radar |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-06-09 |
| 分类号 | TN957.5 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/9765]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 丁一鹏. 多频连续波穿墙雷达信号处理方法与系统实现[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：电子学研究所
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