穿墙雷达成像中墙体回波抑制
２０１０年１２月 第３ｌ卷第６期 湛江师范学院学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＡＮＪＩＡＮＧ ＮｏＲＭＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＤｅＣ．，２Ｏ１０ Ｖｏｌ＿３ｌ ＮＯ．６
穿墙雷达成像中墙体回波抑制
敖卓均，贾 勇
（电子科技大学电子工程学院，四川成都６１１７３１）
摘要：在穿墙雷达成像应用中，墙体作为稳定的强散射体存在．对目标回波信号造成严重干扰．该文针对静 止目标成像，提出用墙体回波估计后对消和滤波器滤除墙体回波的方法来抑制墙体回波，并仿真验证．另外提出墙 体图像提取对消和多视角图像融合对墙体回波抑制的可行性． 关键词：穿墙雷达成像；对消；多视角图像融合；墙体回波抑制 中图分类号：ＴＮ９５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４７０２（２Ｏ１Ｏ）Ｏ６—０Ｏ６４一ｎ
穿墙成像雷达（Ｔｈｒｏｕｇｈ—ｔｈｅ—Ｗａｌｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｒａｄａｒ，ＴＷＩＲ）是一种用来对被障碍物遮挡住的区域进行成
像，在城市巷战、反恐斗争、公安防暴、灾害救援等军事和民事领域都有着广泛的应用前景．近几年，国内外许 多机构都对穿墙成像雷达进行广泛和深入的研究［１－３３．
在穿墙雷达成像应用中，墙体作为稳定的强散射体存在，其回波信号会对目标回波信号造成严重干扰，
临近墙体目标会被墙体旁边所淹没，造成最后成像结果中目标的丢失，并且，墙体图像与目标图像强弱对比 明显，无法从图像中识别目标图像．因此，如何抑制墙体回波成为穿墙成像探测中的重要问题．
对于动目标，目标的运动会对回波信号进行多普勒调制，因此，通常通过简单的ＭＴＩ滤波器在时域上进
行有效地墙体回波抑制．对于静止目标，墙体抑制就变得更加复杂，本文针对这一特殊情况进行研究． 在穿墙静止目标成像应用中，现有墙体回波抑制方法可归纳为以下３类：
★信号层面 １）墙体回波估计后对消
该方法对墙体回波的抑制效果完全取决于对墙体回波估计的准确性，墙体回波估计方法主要包括：空场
景回波作为墙体回波；阵列天线回波平均作为墙体回波；阵列天线回波奇异值分解提取墙体回波． 虽然不同天线间墙体回波有较强的相关性，但之间的差异性会影响对消效果，因此，自适应滤波器被用 来对估计到的墙体回波进行处理以匹配于不同天线位置下的墙体回波的差异性，ＬＭＳ和ＲＬＳ滤波器可实
现这类要求． ２）滤波器滤除墙体回波
由于天线阵列中不同天线的墙体回波在回波延迟和幅度上近似相同，同时，目标回波在不同天线回波中
呈现非线性变化，因此，墙体回波的空间谱和目标回波的空间谱存在差异，所以，空域滤波器对阵列天线回波
进行处理可以有效地消除墙体回波． ★数据层面
３）图像数据处理 在图像域，墙体图像会对目标图像压制，造成目标图像无法识别，由于，墙体图像已经得到，因此，可以根
收稿日期：２０１０一ｌ】一Ｏ２ 基金项目：国家“十一五”预研基金资助项目（５ｌ３Ｏ７Ｏ４Ｏ４Ｏ２）． 作者简介：敖卓均（１９８５一），男，广东阳江人，电子科技大学电子工程学院硕士研究生，
从事穿墙雷达检测与成像研究 第６期 敖卓均等：穿墙雷达成像中墙体回波抑制 ６５
据这一先验知识进行墙体抑制．图像域进行墙体回波抑制的方法主要包括：墙体图像提取对消；多视角图像 融合．基于多视角图像融合算法进行墙体抑制主要利用：天线波束照射范围有限造成多视角图像中墙体图像 缺失． 文章的第１节将介绍穿墙雷达的回波模型；第２节分别从信号层面和数据层面阐述穿墙成像中的墙体
回波抑制算法；第３节通过仿真验证信号层面算法的可行性；第４节总结全文并给出适当的结论．
１ 回波模型
考虑到墙体抑制算法的可行性，墙体回波在天线阵列回波距离像上应按距离对齐或存在一定关系能够
实现距离对齐，因此，由Ｎ个收发一体天线组成的均匀线阵列与墙体平行相对进行数据获取，如图１所示： 假设采用ｓｉｎｃ调幅脉冲作为发射信号 （ ），参数设置与步进频率信号参数匹配，因此，
ｓ（ ）一Ｂｓｉｎｃ（Ｂ￡）ｅｊ。 ｃ （１）
其中，Ｂ为ｓｉｎｃ脉冲带宽， 为载波频率．为了匹配步进频率信号，另需设置时间长度 和脉冲重复周期
丁，．
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／ 墙体 ＼ ｌ 离
１Ｊ一一一天 一一一
图１ 天线阵列一目标－电磁波传播示意图 图２ 天线阵列一距离像平面
由于天线线阵列正对墙体照射，因此，墙体回波对各个天线呈现相同的距离延迟，而目标回波出现在不
同的距离延迟上，如图２所示，因此，回波信号可如下表示：
ｚ（ｎ，￡）一 ５（￡一ｒ ）＋ ５（￡一 ）＋ （ ）， ＝１，２，…，Ｎ （２）
其中， （ ）为随机噪声， 为墙体散射系数，盯为点目标散射系数，ｒ 一２ｄ／ｃ为墙体回波延迟，理论上对不同
天线为一常量，实际情况下由于测量误差、墙体分布不均匀等原因会造成一定的波动，但仍可近似看成常量．
ｒ 为目标回波延迟，为随 变化的变量．将天线阵列回波信号写成矩阵形式如下：
Ｚ（ｔ）－－［ｚ（１， ），ｚ（２， ），…，ｚ（Ｎ， ）］一 ［ｓ（ ～ ．）， （ 一 ），…， （ — ，）］＋
口５（￡一ｒ１）， （ｔ－ｒ２），…，ｓ（ｔ－ｒＮ）］＋［』Ｄ１（￡），ｌＤ２（ ），…，ｌＤＮ（ ）］ ｚ （￡）＋ （￡） （３）
由于目标回波信号经过墙体衰减后能量很弱，因此，目标回波信号和随机噪声相同考虑，式（３）中．
ｚ （￡）一ｄ［ （￡ｍＴ１），５（ｔ－ｒ２），…，ｓ（ｔ－ｒＮ）］＋［Ｐ （ ），Ｐ２（ ），…，ｐＮ（ｆ）］
２ 算法描述
★信号层面
信号层面的处理是基于图２所示的天线阵列一距离像平面．
２．１墙体回波估计后对消 由于该墙体回波抑制方法是基于估计的墙体回波的，因此，
墙体回波估计的准确性直接决定墙体回波抑 ６６ 湛江师范学院学报（自然科学） 第３ｌ卷
制的有效性，因此，需要采用合理的方法精确估计墙体回波．
采用天线阵列空场景回波作为墙体回波是一种有效的方法，但在实际情况下，空场景回波一般难以获 得．根据图２所示的天线阵列一距离像平面，由于不同天线间的墙体回波延迟高度近似，而目标回波延迟是 不同的，因此，可以采用阵列天线回波平均作为墙体回波估计．根据式（３），墙体回波估计； （ｆ）为
； ｏ）一 ￡一ｒ”）＋ （ｔ－－ｒ，￣）＋ｌＤ。）一 ￡一 ）＋厶Ｑ）＋ＩＤ。） （４）
其中，目标回波残余Ａｓ（ｔ）为
１ Ｎ Ａｓ（ｔ）一 ∑ （￡一 ） （５）
由式（４）和（５）可知，墙体回波估计理论上可精确匹配不同天线墙体回波从而实现完全对消，而目标回波残余
量由于不同天线的目标回波延迟不同造成衰弱，对消后仅会对目标回波造成较小的损耗． 根据信号空间理论利用奇异值（ＳＶＤ）分解方法也可有效地提取墙体回波信号．该方法对天线阵列回波 矩阵ｚ（ｆ）进行奇异值分解，其中，每个天线回波距离像都会被离散化为ｚ（ｎ，ｔＩ），ｋ—ｌ，２，…，Ｍ，即ｚ（ ）转换 为数据矩阵ｚ（ｔ ）∈Ｑ Ⅳ．因此，
Ｚ（ｔ＾）＝ＵＤＶ“ （６）
其中，【，一ｌ 。， ，…， Ｍ Ｉ∈ＱＭ×Ｍ，Ｖ—Ｉ 。，７９２，…，口ｗ Ｉ∈ＱⅣ× ，ＤＥ ＱＭ× ，通常情况下，Ｍ＞Ｎ，因此，数据矩
阵Ｚ（ｔ ）的奇异值的个数ｐ≤Ｎ．
考虑 （ ）ｚ（ ）为满秩矩阵的情况，即 —Ｎ，Ｄ可表达为Ｄ＝Ｉ ｌ， 为Ｎ×Ｎ对角阵，对角元素为
Ｚ（ｔ ）的Ｎ个奇异值（ｚ （ ）Ｚ（ｔｋ）的Ｎ个特征值），且 ≥ ≥…≥ ．式（６）可进一步表达为
Ｎ Ｚ（ｔ ）一［ …， ］ ［ …， ］ 一∑如 （７） ｆ＝１
根据奇异值分解的重要性质，矩阵ｚ∽（ ）一∑ ，ｚ≤Ｎ为矩阵ｚ（ ）的最近秩ｆ矩阵，即在所有 ｉ一１ 秩为ｚ的矩阵中，矩阵ｚ ’（ ）与Ｚ（ｔ ）的差矩阵的二范数最小，公式表述为
＞：＞：ｌｚ（ ） 一ｚ“ （ｔｋ） Ｊ＝￣ｍｉｎ （８） 。 。
对于天线阵列～距离像数据矩阵Ｚ（ｔ ），不同天线间的墙体回波是高度近似的，因此，墙体回波矩阵 （ ）为秩１的矩阵，而目标回波和随机噪声矩阵ｚ （ｔ ）由于目标回波延迟不同且能量很弱都可以认为随机
噪声，因此，矩阵 （ ）的秩为Ｎ． 由于墙体回波能量很强，远远大于目标回波和随机噪声，因此，墙体回波矩阵ｚ （ ）在整个回波信号矩
阵中占据主导地位．根据奇异值分解最近秩性质，ｚ（”（ ）一 ｆｆ∈Ｑ 为在最小范数准则下对墙体回波
矩阵ｚ （￡ ）的最佳估计，其中包含墙体回波全部或大部分信息，而含少许目标回波和随机噪声．ｚ“ （ ）中任 何一列都可作为墙体回波估计用于后续对消处理．
根据信号空间理论，回波信号矩阵的大能量成分对应于大的奇异值， 为回波矩阵Ｚ（ｔ ）的最大特征
值，其对应回波矩阵中最大的能量成分，由于墙体回波为整个回波的主导成分，因此， 对应的矩阵ｚ¨ （ ）
一 “ ∈ＱＭ× 可作为对墙体回波矩阵的有效估计，这与上述推导理论是统一的． 根据上述两种算法能够得到有效的墙体回波估计，利用估计的墙体回波作为参考信号与天线阵列回波 信号进行墙体回波对消．在实际情况下，由于天线位置误差、墙体表面起伏、墙体材质分布不均匀等都会引起 不同天线的墙体回波在幅度和时间延迟上发生变化，因此，直接进行墙体回波对消将会失效．
自适应滤波器具备实时调整权系数以达到最佳滤波的能力，因此，可以采用自适应滤波算法通过调整权 第６期 敖卓均等：穿墙雷达成像中墙体回波抑制 ６７
系数动态跟踪墙体回波幅度和时间延迟的变化，使得估计的墙体回波白适应地匹配不同天线回波中的墙体
回波成分以达到最佳滤波．自适应墙体回波对消模型如图３． 自适应滤波器算法根据不同的准则分为多种自适应
滤波算法，其中，ＬＭＳ和ＲＬＳ自适应滤波算法适于自适应 墙体回波对消处理．
经过自适应滤波处理后墙体回波估计能够很好的匹 配不同天线回波中的墙体回波信号，对于ＬＭＳ算法和
ＲＬＳ算法，后验估计误差信号即为墙体回波对消后的回波 信号，主要成分为目标信号和随机噪声，而控制权向量更 新的分别为后验估计误差信号和先验估计误差信号，也就 图３ 自适应墙体回波对消模型
是说，对于ＬＭＳ算法，当前时亥 的权向量由前一时刻的后验估计误差信号所决定，与当前时刻的输入向量
无关，而对于ＲＬＳ算法，当前时刻的权向量由当前时刻的先验估计误差决定，与当前时刻的输入向量有关， 因此，ＲＬＳ算法利用了当前时刻的输人数据来更新权向量，处理性能更为有效．
由于墙体回波与目标回波存在一定的相关性，自适应滤波处理会增加墙体回波估计中的目标回波成分， 会造成一定程度的目标回波损耗，但在实际情况下，墙体回波的相关性远远大于墙体回波与目标回波的相关
性，因此，目标回波损耗很小；而且，由于墙体回波抑制的最终目标是抑制墙体回波，提高目标回波的信干比，
而自适应滤波处理能够在损失一部分目标回波的前提下，极大地提高目标回波的信干比，因此，自适应滤波 处理是满足要求的．
２．２滤波器滤除墙体回波 ’ 根据图２所示的天线阵列一距离像平面，不同天线回波中的墙体回波在回波延迟和幅度上都（近似）相
同，因此，墙体回波的空间谱（近似）为０中心频率的ｓｉｎｃ脉冲，空间谱扩展程度与阵列天线个数成反比；同 时，不同天线回波中的目标回波在回波延迟和幅度上存在区别，在某一距离单元内，目标回波仅会出现在某
个或某几个天线回波中，因此，目标回波的空间谱也近似为０中心频率的ｓｉｎｃ脉冲，但相对于墙体回波空间
穿墙雷达多视角建筑布局成像
穿墙雷达多视角建筑布局成像
贾勇;孔令讲;马静;杨晓波
【期刊名称】《电子与信息学报》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘 要】Through-wall-radar imaging is performed to image the
architectural layout imaging and hidden target of building. Wall images
formed through the architectural layout imaging are considered as the
reference to define the relative position of the hidden target in building,
which further contributes to implement wall phase compensation and
multi-path suppression. In this paper, a multi-view imaging approach for
the architectural layout is proposed. Firstly, multiple single-view layout
images with the part of wall images are formed from multi-view synthetic
aperture echoes through back-projection imaging algorithm. Then based
on M-N-K detector, these single-view images are fused to one binary
layout image with all wall images. Finally, median filter and Hough
超宽带穿墙雷达成像原理
超宽带穿墙雷达成像原理
今天来聊聊超宽带穿墙雷达成像原理。你看啊，在生活中我们有时候会觉得眼睛不够用，比如说你想知道墙那头有啥，眼睛可看不到。但是超宽带穿墙雷达就像是有了一双“透视眼”，能够透过墙看到后面的物体成像，可神奇了。
超宽带穿墙雷达的原理呢，我也是研究了一阵子才略懂皮毛的。首先，它会发射出超宽带的脉冲信号，这个超宽带信号就像是一阵超级复杂的声波，这个脉冲的频率范围特别宽。比如说，普通的声音只是在一个小的频率范围内，而这个超宽带就像是从低沉的大鼓声到尖锐的哨子声这个超级大的频率范围组合起来的一种信号。
说到这里，你可能会问，这个信号发出去，怎么就能成像呢？这就要说到信号的传播和反射了。这个信号碰到墙以及墙后面的物体，就会反弹回来。咱们打个比方吧，这就像你在一个黑暗的屋子里丢出很多弹力球（代表超宽带脉冲信号），屋子里面有各种形状的家具（代表墙后的物体），球打到墙上或者家具上就会弹回来。
超宽带穿墙雷达接收到反射回来的脉冲之后呢，就可以根据信号的时间延迟、强度变化等信息来判断物体的位置、形状和材质。因为不同的物体、不同的距离会对信号造成不同的影响。就像是不同的家具对弹回来的球影响不一样，柔软的沙发可能对球的反弹方向有很缓和的改变，而硬邦邦的桌子可能会让球直接以一个很锐利的角度弹回来。
这背后其实是有不少理论支持的。比如说电磁波传播理论，超宽带信号就是一种特殊的电磁波。它在不同介质中的传播速度和电波衰减程度是不一样的。墙相对真空或者空气是一种更复杂的传播介质，而墙后面不同的物体也是不一样的介质。
超宽带穿墙雷达在实际应用的案例也不少。消防队员在着火的建筑物搜救幸存者的时候，如果烟雾很大根本看不见屋里情况，这个时候超宽带穿墙雷达就可以扫描各个房间，看看哪里有生命迹象，因为人体和周围的废墟等物体的反射特性是不一样的。还有在军事上的城市巷战之中，可以探测建筑物内部敌人的分布情况，有助于制定作战计划。
一种新的MIMO线阵穿墙成像模型及其环境参数估计
第36卷第12期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.36No.12
2014年12月 Journal of Electronics & Information Technology Dec. 2014
一种新的MIMO线阵穿墙成像模型及其环境参数估计
宋勇平 金 添* 陆必应 周智敏
(国防科学技术大学电子科学与工程学院 长沙 410073)
摘 要：通过估计墙体厚度及介电常数等环境参数来进行补偿成像是近年来穿墙雷达成像研究领域的热点。为解
决传统穿墙成像模型中天线需要严格平行于墙体的限制，以及现有的环境参数估计算法计算效率低，稳健性较差
的问题，该文建立了一种新的多发多收(MIMO)体制穿墙雷达成像模型以适应阵列与墙体位置关系未知的情况，
同时根据该模型下墙体前后沿回波路径模型，提出一种仅依赖于墙体回波时延的环境参数估计算法，稳健性高并
且运算复杂度低。时域有限差分(FDTD)仿真数据验证了成像模型和环境参数估计算法的有效性。
关键词：穿墙雷达；环境参数估计；MIMO线阵
中图分类号：TN957.52 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2014)12-2980-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2014.00018
A Novel Linear MIMO Array Through-the-wall Imaging Model and
Its Associated Environmental Parameters Estimation
Song Yong-ping Jin Tian* Lu Bi-ying Zhou Zhi-min
(College of Electronics Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)
Abstract: Through-the-wall radar imaging by estimating the wall thickness and the dielectric constant is a hot research field in recent years. In order to lift strict restriction that the antenna should parallel to the wall in the traditional through-wall imaging model, and to solve the existing environmental parameters estimation algorithm with low computational efficiency and poor robustness problem, a novel linear MIMO array through-wall imaging model is proposed to adapt to the situation with unknown positional relationship between the array and the wall. Furthermore, based on the analysis of the echo path of the front and rear walls, this paper also presents a novel environmental parameters estimation algorithm with high estimation robustness and low computational complexity. Comparing to the conventional environmental parameters estimation algorithm, this proposed algorithm needs neither extra operations nor special targets to assist. The results calculated from Finite Difference Time Domain (FDTD) simulation verify the effectiveness of the proposed imaging model and environmental parameters estimation algorithm. Key words: Through-the-wall radar; Environmental parameters estimation; Linear MIMO array
超宽带穿墙SAR成像中的多径干扰抑制
第２６卷第３期 ２０１１年５月 数 据 采 集 与 处 理 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ＆Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２０１１
引 文章编号：１００４—９０３７（２０１１）０３—０３００—０８
超宽带穿墙ＳＡＲ成像中的多径干扰抑制
谭覃燕 宋耀良
（ｇｇ京理工大学电子工程与光电技术学院，南京，２１００９４）
摘要：超宽带穿墙合成孔径雷达（ＳＡＲ）进行成像时，目标之间的多径传播会在图像上产生虚假目标，这将严重影 响目标的检测性能和系统的灵敏度。建立了超宽带穿墙ＳＡＲ的多径散射模型，通过分析得到多径产生的虚假目 标的重要特征：方向依赖性，据此提出了一种基于隐马尔可夫模型（ＨＭＭ）的多径干扰抑制方法。仿真结果表明， 该方法能够使真假目标的峰值比提高ｌｌ ｄＢ左右。 关键词：超宽带；雷达；多径干扰；隐马尔可夫模型 中图分类号：ＴＮ９５８ 文献标识码：Ａ
Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｔｈｒｏｕｇｈ—ｔｈｅ—ｗａｌｌ ＳＡＲ Ｉｍａｇｉｎｇ
Ｔａｎ Ｑｉｎｙａｎ，Ｓｏｎｇ Ｙａｏｌｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ８Ｌ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ—ｔｈｅ—ｗａｌｌ ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｄａｒ（ＳＡＲ）ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｍａｇｉｎｇ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ａｍｏｎｇ ｔａｒｇｅｔｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｇｈｏｓｔｓ ｉｎ—
ｔｏ ｔｈｅ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ．Ｉｔ ｃａｎ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｓｙｓ—
穿墙雷达成像原理
穿墙雷达成像原理
随着城市化进程的不断加快，人们越来越需要一种可以穿透建筑物的雷达成像技术来解决城市地下管道、隧道等建筑物内部结构的监测和检测问题。而穿墙雷达成像技术应运而生，它可以通过射频信号穿越建筑物并将反射信号转化为图像，从而达到对内部结构的快速探测和成像的目的。
穿墙雷达成像技术的基本原理是利用微波信号穿透建筑物后与内部物体发生反射，然后将反射信号采集、解调、处理，最后转化为图像展示。穿墙雷达的工作频率一般在几百兆赫到数千兆赫之间，这个范围的信号既可以穿透建筑物也可以被建筑物反射，因此可以实现建筑物内部结构的成像。
穿墙雷达成像技术主要包括两个部分，即雷达信号的发射和接收。雷达信号的发射一般采用脉冲信号，这种信号具有高功率和短脉冲宽度的特点，可以有效地穿透建筑物。雷达信号的接收则需要采用高灵敏度的接收器，将反射信号采集下来并进行处理。
在处理反射信号时，需要解决多径效应和散射效应等问题。多径效应是指雷达信号通过多条不同的路径到达接收器，从而导致信号的干扰和衰减。为了解决这个问题，可以采用多通道接收和信号分离技术。散射效应则是指雷达信号在建筑物内部物体表面发生反射后形成的散射信号，这种信号会干扰原始信号的接收和处理，因此需要采用滤波和后向散射抑制技术来解决。
穿墙雷达成像技术的应用范围非常广泛，可以用于城市地下管道、隧道、建筑物内部结构的检测和监测，还可以用于救援、反恐等领域。在救援和反恐领域，穿墙雷达可以快速探测建筑物内部的人员和物品，帮助救援人员制定救援方案和决策。
穿墙雷达成像技术是一种非常有前景的技术，它可以有效地解决城市化进程中的建筑物内部结构监测和检测问题，为人们的日常生活和工作带来了极大的便利。
一种基于wifi穿墙雷达的干扰抑制方法
一种基于wifi穿墙雷达的干扰抑制方法
一种基于WiFi穿墙雷达的干扰抑制方法，包括以下步骤：
1. 对信道状态信息（CSI）进行预处理并对接收相位误差补偿。具体来说，利用线性相位误差补偿方法，将接收信号进行相位修正。假设包检测时延为δ，中心频率偏移造成的常数相位误差为β，第k个子载波的测量相位表示为： 其中，为第k个子载波的真实相位，sk为第k个子载波的编号，n是子载波个数。
2. 估计CSI测量相位误差的斜率a和截距b，以消除δ和β。由于载波频率对称，截距b可以表示为从原始相位中减去ask+b，以得到消除误差后的真实相位。
3. 将误差消除后的相位与对应接收CSI幅值重组，以此得到相位误差消除后的信号。
4. 构造接收信号矩阵并对其进行奇异值分解。
5. 通过优化方法选择墙面干扰子空间。
6. 记墙后移动目标反射信号所构成的子空间为spt，其为墙面反射信号的正交子空间，则spt可表示为： spt=e-spw 其中，e为单位矩阵。
7. 将接收信号矩阵通过所得目标信号子空间投影，则可将墙面反射干扰信号抑制。 8. 将r'中所有30个子载波的CSI幅值应用2级“db4”小波变换，并选用“启发式阈值法”对小波系数进行处理，以较为彻底地去除噪声干扰。
通过以上步骤，可以有效抑制基于WiFi穿墙雷达的干扰。具体应用时可以根据实际需求对步骤进行调整或优化。
穿墙雷达室内多径机理分析与抑制方法
第６期 ２０１６年１２月 雷达科学与技术
Ｒａｄａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇＹ Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１６
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２３３７．２０１６．０６．００９
穿墙雷达室内多径机理分析与抑制方法
申文婷。晋良念，刘琦
（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
摘 要：由于穿墙雷达室内多径效应的存在，使得回波信号功率减弱，甚至淹没于多径虚假像中，造成 目标数量和位置的误判。针对室内多径效应问题，首先构建目标之间以及目标和墙体之间的多径传播模 型，然后利用双圆解析表达式方法得到多径虚假像的位置与目标位置、子孔径位置、子孔径大小之间的关联 性，并用此来分析室内多径虚假像产生机理，最后通过子孔径双层融合方法抑制多径虚假像。仿真和实验 结果表明，该方法可以有效抑制多径虚假像，从而验证了理论分析的可行性。 关键词：超宽带穿墙成像；室内多径传播模型；多径虚假像；子孔径双层融合方法
中图分类号：ＴＮ９５７．５１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—２３３７（２０１６）０６—０６０５—０９
Ｔｈｒｏｕｇｈ＿ｔｈｅ－Ｗａｌｌ Ｒａｄａｒ Ｉｎｄｏｏｒ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ
ＳＨＥＮ Ｗｅｎｔｉｎｇ，ＪＩＮ Ｌｉａｎｇｎｉａｎ，ＬＩＵ Ｑｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｅｃｈｏ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ｗｅａｋｅｎｅｄ ａｎｄ ｏｖｅｒｗｈｅｌｍｅｄ ｂｙ ｇｈｏｓｔｓ ｓｉｇ— ｎａｌ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｅｆｆｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｍｉｓｊｕｄｇｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｔａｒｇｅｔｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅａ１ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｕｈｉｐａｔｈ ｅｆｆｅｃｔｓ，ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｇｈｏｓｔｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｖｉａ ｔｗｏ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｏｎｅ ｉｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ ｗａｌ１．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔａｒｇｅｔｓ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｂａｒｒａｙ，ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｕｂａｒｒａｙ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｇｈｏｓｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｇｈｏｓｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｇｈｏｓｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｖｉａ ｓｕｂａｒｒａｙ ｄｏｕｂｌｅ ｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｕｈｉｐａｔｈ ｇｈｏｓｔｓ ａｒｅ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｖａｌｉｄａｔｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ—ｔｈｅ—ｗａｉｌ ｉｍａｇｉｎｇ；ｉｎｄｏｏｒ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｍｕｈｉｐａｔｈ ｇｈｏｓｔｓ；ｓｕｂａｒｒａｙ ｄｏｕｂｌｅ ｆｕｓｉｏｎ
基于LS迭代熵值穿墙雷达墙体杂波抑制
基于LS迭代熵值穿墙雷达墙体杂波抑制
李家强;卢宝宝;徐小敏;陈金立
【摘 要】在穿墙成像雷达中,建筑物前后墙体的回波是杂波抑制的主要问题.此类杂波往往会强于目标信号数个量级,对所需目标的回波信号检测与成像造成严重干扰.针对墙体类强杂波问题,提出了一种基于拉普拉斯平滑迭代处理的墙体强杂波抑制算法.首先对回波信号进行离散化,然后在计算离散信源的概率空间时对概率进行拉普拉斯平滑处理,然后对其进行迭代熵值处理,通过迭代过程,有效地提高信杂比增量.为了验证算法的可靠性,采用时域有限差分法进行实验建模,并对结果进行严谨的分析,算法能够达到预期效果.
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2019(017)003
【总页数】6页(P251-256)
【关键词】穿墙雷达;弱信号检测;拉普拉斯平滑;杂波抑制
【作 者】李家强;卢宝宝;徐小敏;陈金立
【作者单位】南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京 210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京 210044;南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京 210044;南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京 210044;南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京 210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京 210044
【正文语种】中 文 【中图分类】TN957
0 引言
穿墙成像雷达产生于20世纪末，是一类重要无损侦测技术。它利用了电磁波低频大波长的穿透特性，对非透明墙体后的隐藏目标进行侦测。通过结合超宽带 (Ultra
Wideband，UWB)与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR) 两项技术，穿墙成像雷达可以获得目标精确的高分辨率图像[1-2]。
在穿墙成像雷达探测并对墙体后目标成像过程中，因为墙体对电磁波作用的影响，信号在墙体障碍物内的传播过程中能量发生迅速衰减，而且目标本身仅具有微弱的电磁散射特性，使得所需回波信号往往会被淹没在墙体杂波中。因此，如何有效滤除非目标回波，提高目标信号检测率成为墙体后目标成像的至关重要因素[3-4]。为解决这一难题，国内外学者开展了相关研究，并获得了一些研究成果[5]。Yoon
基于穿墙雷达对目标成像的研究
基于穿墙雷达对目标成像研究
在20世纪90年，美国军队将隔墙探测技术作为新《联合城区作战条令》重点研究的三大关键技术之一，并作为美国国防部先进研究项目局的重要研究项目之一，而超宽带穿墙雷达特性优良，因此被广泛的应用于军事领域。穿墙雷达是利用电磁波的穿透能力，发射电磁波穿透非金属建筑材料，并分析接收天线收到的回波信号，对墙后或封闭环境中的隐藏目标进行成像。由于超宽带穿墙雷达能够实现墙后隐藏目标的定位和探测，在反恐斗争中，可以实时地了解恐怖分子的分布情况以及人员的精确定位，这可以有效的提高营救人质的几率；在城市巷战中，利用超宽带穿墙雷达可以快速的探测隐藏在建筑物内的敌军分布，以便我军做出正确的部署；在各种灾难救援中，超宽带穿墙雷达还能够探测人的心跳、呼吸等微弱信号，从而能够使救援队伍能够快速、准确的进行救援工作。因此在穿墙雷达目标定位和成像方面所做的研究对丰富该领域具有积极的意义。
超宽带信号具有一个很大的带宽，而雷达信号的距离分辨率为/(2)RcB，它与信号带宽成反比，因此可以得出超宽带雷达信号具有很高的距离分辨率，这对目标的识别、检测和成像具有非常重大的意义，正因为此近年来超宽带雷达一直是该领域的研究热点。除了具有高距离分辨率以外，超宽带雷达还具有如下一些优势：
一、超宽带雷达信号具有强的穿透能力，能够探测非金属室内环境中的隐藏目标和地下介质中的物质，因此近几年被广泛的应用于室内感知和探地雷达相关领域。
二、超宽带雷达信号抗干扰能力强，具有比较好的隐蔽性。一方面它具有极低的能量密度，如果要对其进行干扰，必须要加大干扰信号的带宽，但是这会导致干扰信号的功率谱密度降低，从而使干扰效果降低；另一方面超宽带雷达信号与传统的窄带雷达信号之间具有很小的干扰，很难被侦查，因此被广泛的应用在军事领域。
三、超宽带雷达具有对目标的感知能力。在雷达所接收到的超宽带反射信号中，不仅包含了目标的位置信息，还包含了目标的形状和电特性参数等信息，从而通过一些信号处理技术，可以从超宽带回波信号中反演出目标的位置、形状以及电特性参数等信息。
穿墙雷达三维成像方法研究
穿墙雷达三维成像方法研究
穿墙雷达三维成像技术能获取封闭场景内部三维目标信息,相比传统二维成像能得到更多维度的信息,可极大提高穿墙雷达在反恐、救援、巷战等应用中的探测精度,满足多样化的探测需求,具有重要的应用前景,是目前国内外研究的热点问题。本文主要针对穿墙雷达三维成像方法开展研究工作,主要研究内容包括:1、根据典型封闭空间结构特征,分析了电磁波在封闭空间中透射、反射、折射等传播规律,建立了目标和各类多径的三维电磁传播模型,根据多径假目标分布的空间和对应的墙体对其进行分类,并对模型进行仿真验证。
2、分析了前墙对穿墙雷达三维成像的影响,改进了基于最小延时法的前墙延时补偿方法,针对穿墙雷达实际探测过程中墙体参数未知的问题,研究了K阶积分聚焦法、高阶统计量聚焦法、最优聚焦时间法三种自聚焦成像方法,可以消除前墙延时对成像影响,同时对墙体参数进行估计,分析了三类方法的性能、特点及其适合的应用场景,最后对以上方法进行了仿真验证。3、针对封闭空间的多径假目标干扰问题,设计了相关匹配的三维多径抑制算法,详细分析了算法流程,通过仿真验证该算法可以有效抑制多径假目标,经对比验证算法在低性噪比情况下依然适用,且能提高低信噪比图像的质量;针对穿墙雷达成像中单程多径的特点,设计了单程多径联合抑制算法,在二维成像的基础上进行仿真和实测验证,并将该算法扩展至三维成像系统,通过仿真验证其在三维成像系统中的有效性。
本文针对穿墙雷达三维成像技术,在建模、成像、前墙补偿、多径抑制等四个方面展开研究,仿真与实验验证了上述模型与方法的有效性,对三维成像技术的发展具有重要意义,也为后续研究工作奠定了基础。