一种穿墙雷达成像算法的快速实现方法
第１６卷第４期 ２０１１年８月 电路与系统学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ Ｖｏ１．１６ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ，２０１ １
文章编号：１００７－０２４９（２０１ １）０４－００７５—０５
一种穿墙雷达成像算法的快速实现方法
介利军， 欧阳缮， 杨洁， 陈玉生
（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
摘要。因涉及大量的数据处理，实时性成为制约穿墙雷达应用的主要问题。文中深入研究了Ｃｏｒｄｉｃ算法，并对其 进行了改进。将改进的Ｃｏｒｄｉｃ算法与牛顿迭代法综合应用于系统中，提高目标定位过程中平方与开方的运算速度。仿 真结果表明：优化后的成像算法可以有效保证成像精度，且实现效率提高了１５．６９％。 关键词ｔ穿墙雷达；Ｃｏｒｄｉｃ算法；牛顿迭代；目标成像 中图分类号ｔ ＴＮ９５３ 文献标识码 Ａ
１ 引言
穿墙雷达是２０世纪９０年代以来将超宽带技术和合成孔径技术相结合而形成的新体制雷达。由于 采用的信号带宽比较宽，具有较高的距离向分辨率，可实现对隐藏在建筑物内的恐怖分子、人质等目
标的精确定位。因而，被广泛应用于安保、救援、军事等方面。 实际应用中，穿墙雷达要实现对隐藏目标的定位、跟踪、成像等功能，所以系统对实时性的要求
比较高。常用的目标定位成像算法有两类：非相干方法和相干方法【ｌ Ｊ，但都存在运算量大的问题。目
前，为降低系统的数据运算量，提高实时性，研究工作主要分为两类：引入新的成像算法或者从硬件 结构考虑，简化系统实现中算法的耗时单元。文献［３，４］的工作就是基于前者，提出新的成像算法；文
献［５】则属于后者，从硬件实现的角度出发，引入Ｃｏｒｄｉｃ算法，化简定位算法中比较耗时的平方、开方 单元，减少耗时单元的运行时间，提高系统实时性，但是效果还不是很理想。在文献［５］工作的基础上，
本文对Ｃｏｒｄｉｃ算法进行改进，并将其和牛顿迭代算法综合应用
于穿墙雷达系统中，在保证运算精度前提下，使成像系统的效
率进一步提高了１５．６９％，提升了系统的实时处理能力。
２ 算法分析
２．１ 时延估计
电磁波经空气入射至墙体将在分界面发生反射、折射现象， 将对目标的定位产生影响。因此，准确估计接收信号和发射信
号之间的时延对目标的成像和定位是必不可少的。 Ｔ ｄ
， ）
图１ 电磁传播模型
通常空气被视为理想介质，其介电常数占。＝ 。，磁导率 ＝／ｘ。，电导率 ＝０。电磁传播模型建
立如图１所示，为进一步简化模型，考虑墙体为均匀介质。系统采用一发多收天线阵收发信号，天线
阵紧贴墙壁放置，图中以一条传播路径说明电磁波通过墙体的传播情况。 ， 为折射角， ， 为入射 角，墙体厚度为ｄ，介电常数为 ＝占 ，，磁导率为 ＝ 。 ，，电导率 。忽略分界面多次反射情况。
根据Ｓｎｅｌｌ定律，可得：
ｓｉｎ（Ｏ０＝ ｓｉｎ（ｑ￣）
ｓｉｎ（Ｏ２）＝ ｓｉｎ（￣２）
令：Ａｘ１＝ｌ 一 ｌ，Ａｘｆ＝Ｉ 一Ｘｆ ｌ，根据三角函数关系式：
收藕日期ｔ ２０１０—０５—２５ 修订日期：２０１０－０８—１４ 基金项目ｔ国家自然科学基金（６０５７２０５４）；广西科学技术研究与技术开发项目（桂科能０５１１２００１—７Ａ） （１）
（２）
７６ 电路与系统学报 第ｌ６卷
ｓｉｎ（６Ｉ 赫ｈ （３） ｓｉｎ 赤ｄ （４） 、／（ —ｆ１） ＋ √，ｌ２＋
将式（３）、（４）带入式（１）整理成如下关于ｆ１的一元四次方程：
２ ＋ １ １ １＝。 （５） Ｉ 一占， Ｊ 一占 一占 同理，也可以得到关于， 的一元四次方程。根据文献［６，７】的方法求出ｌｌ，， 的解，进而求出折射点的坐标。
所以，信号在墙体中的传播距离为：
， ＝√ ＋ ＋√ ＋ （６）
空气中的传播距离为：
＝√ ＋（ 一ｌ１） ＋√ ＋（ 一 ）
根据麦克斯韦方程中推导出电磁波在墙体中的传播速度为：
其中，Ｃ为光速，Ｗ为信号频率。
根据式（６）、（７）、（８）得到发射信号与接收信号的总时延为：
＋ （９）
对成像空间各点循环利用（９）式进行计算，得到成像各点的时延估计。 最后，对回波信息进行相关处理，实现扫描区域的目标成像。
２．２改进的Ｃｏｒｄｉｃ迭代算法 （７）
（８）
图２坐标旋转图 ＣｏＭｉｃ迭代算法是１９５９年Ｊ．Ｅ．Ｖｏｌｄｅ［８】提出来的，包含三个系统：圆周系统、线性系统、双曲系统。
本文以圆周系统为例进行推导。
如图２所示，该系统实现坐标旋转。将向量（ ， ）旋转 角，得到一个新的向量（Ｘｊ，ｙ，），则有：
［ ］＝ＬＣ ，ＯｎＳ ｔ￣－ｃｓ。￣ ｎ ，ｑ业Ｘ ，］＝ｃ。ｓ ［切三 一 ａｎ ］［ ］ ｃ－。
假设（ ， ）通过 步旋转得到（ｘ，，ｙ，），每一次旋转的基准角度大小为：
＝ａｒｃｔａｎ（２ ）
且 ∑ ＝ ， ＝｛－１，１｝ （１１）
定义，
Ｓ 为ｚ 的符号函数，表示旋转方向：
则第 次迭代的关系式为：
因此，经过Ｊｖ次迭代：
令比例因子： ｎ－１ Ｚ ＝ －Ｅ ｆ （１２） ｉ＝Ｏ
ｆ １，Ｚ ０ １＿１，ｚ ＜０
［Ｘ， ｎ＋ ］＝ＣＯＳ（Ｚ．［ 一
［ ］：Ｉｔｌ ＝Ｏｃ。ｓ ［ 一 一 ｎ。２－ｎ１ ［ｘ ，］ （Ｉ３）
（１４）
（１５）
第４期 介利军等：一种穿墙雷达成像算法的快速实现方法 ７７
ｋ＝１７ＣＯＳＯ￣ ＝１７ｃｏｓ（ａｒｃｔａｎ（２ ））＝１７（１＋２ ） ０．６０７２５３
贝ｕ： ［ ］＝。．６。７２５３ ［ 一 一 Ｉ２一”］ｊ『Ｌ Ｙ， ］
如果输入的向量经过一个旋转角将ｙ变为０，那么Ⅳ次迭代后的输出表达式变为： （Ｉ６）
（１７）
ｘ，＝ 可
＝０ （１８） ｔａｎ一（ ）
式（１６）中的比例因子是一极限值，而在实际数值迭代计算中通常采用的是截断至某一阶数。所
以，如果此时仍然采用式（１６）的极限值作为比例因子，计算结果将会产生较大误差。因此，本文采
用估算的比例因子代替上述的极限比例因子，可有效减小误差。 设求解第Ⅳ阶迭代计算的比例因子，改进的比例因子估算算法描述如下：
第一步：利用式（１６），分别计算出第Ｎ－１阶、第Ⅳ阶及第Ⅳ＋ｌ阶的比例因子ｋＮ－１，ｋ ，ｋ ； 第二步：用第Ｎ一１阶、第Ⅳ＋１阶的比例因子的算术平均值作为第Ⅳ阶比例因子的估计值ｋ，即：
：． ＝ ± （１９） ２ 第三步：利用估计值ｋ和ｋ 的算数平均值作为ＪＶ阶迭代的比例因子，即：
ｋ： ｒ ２０） ２ 通过这种估算得到的比例因子与数值迭代的截断阶数同阶，从而降低计算结果的误差，提高性能。
２－３牛顿迭代法
假设求解函数为ｆ（ｘ），估计一个 作为迭代初始值，迭代公式为：
． １＝ 一参 （２１） －， Ｊ
当迭代结果精度达到系统要求即停止迭代。由于求解时用到了函数的一阶导数，所以，牛顿迭代法的 收敛速度较快。
算法仿真中发现Ｃｏｒｄｉｃ算法在实现平方、开方计算时算法耗时比较平均，即：针对数值大和数值
小的计算耗时基本相同。而牛顿迭代算法在数值较大的部分耗时较Ｃｏｒｄｉｃ算法大，而较小数值的迭代
收敛速度较Ｃｏｒｄｉｃ算法快。所以，考虑到这个特点，在成像算法的数据处理部分采用两种方法的结合， 进一步提高穿墙雷达成像的实时处理能力。
３ 目标定位算法的优化实现
３．１ 算法应用 在穿墙雷达成像的实现中通常采用相干方法，即：基于时域合成孔径的后向投影（Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔ）
算法。通过多组收发天线形成一个大的天线孔径，实现较高的分辨率成像。
接收天线接收到的信号是电磁脉冲经探测目标散射之后的回波信号，包 含目标点的位置信息。针对同一目标，电磁脉冲从发射天线传播至目标处再
传至该接收天线的时延与将该对收发天线位置互换之后电磁脉冲传播的时延
相等。而ＢＰ成像算法就是利用这一特点，将接收信号依照格林函数反向传
播至成像区域，对探测区域中探测点进行相干叠加得到其后向散射强度值进 而实现目标的定位、成像。
图３扫描区域Ｍ Ｎ ７８ 电路与系统学报 第１６卷
由（６）、（７）式可以看出在进行逐点扫描时，数据计算将会涉及到大量的平方、开方计算。通过 仿真实验可得到，传统的ｓｑｒｔ（）函数运算比较耗时，对于大量数据的计算而言，系统的实时性就会受到
很大的影响。因此结合ＤＳＰ的特点引入改进的Ｃｏｒｄｉｃ算法和牛顿迭代算法对其进行优化，快速、准
确的实现平方、开平方的计算。
实际应用中系统采用的信号形式是１０ＭＨｚ的脉冲信号，所
以， 成像的空间大概为１０ｍｘ １０ｍ， 在对数据点
（１．２，１．５）、（４．９，９．２）、（９，４）进行开方测试时发现，牛顿迭代算法的速度 要比Ｃｏｒｄｉ￣算法快，而在点（９，９）处则相反。因此，可以进行如
图３的区域划分，图中Ｍｘ Ｎ表示成像区域大小。通过数据测试：
在数值相对较小的 ，４， 区域采用牛顿迭代法计算，平均计算
耗时要比采用改进Ｃｏｒｄｉｃ算法小，而在数值较大的 区域则采用
改进Ｃｏｒｄｉｃ算法，其效果则要优于牛顿迭代算法。因此，在系统
应用时，结合牛顿迭代法和改进Ｃｏｒｄｉｅ算法的计算特点，本文采 用图３的区域划分方式：在 ，４， 区域采用牛顿迭代法，４区
域则采用改进Ｃｏｒｄｉｃ算法。
３．２数据结果分析
３．２．１准确度分析
随机取两个点（１．２，１．５）及（一３，１．３）进行改进Ｃｏｒｄｉｃ算法与未改
进时的误差分析，由于牛顿迭代算法的应用是以改进Ｃｏｒｄｉｃ算法 的准确度为迭代进行的条件，所以其误差分析就不在文中赘述。
图４、图５中纵坐标为误差值：转换成ｄＢ进行输出，横坐标
为迭代次数。从图中发现，改进后的均值估算算法要比未改进前
的极限趋近算法误差小。当增加迭代阶数时，两种算法都将无限
趋近于标准开方函数，此时，两者的误差也均趋于恒定。 成像仿真试验中一发多收天线阵列的接收阵列采用位于
卜ｌｍ，ｌｍ】之间，阵元间隔０．２ｍ的１１阵元均匀线阵，发射天线坐
标（０，０）。墙体厚度０．３ｍ，阵列基线距离墙体０．３ｍ。点目标位于
（０，４ｍ），成像区域４ｍｘ ３ｍ。成像效果对比如图６、图７所示。 图６是文献［５］中Ｃｏｒｄｉｃ算法４阶迭代未收敛时的成像结果，
图７则是采用改进Ｃｏｒｄｉｅ算法４阶迭代与牛顿迭代法综合应用的
成像结果。对比可知，图７中算法改进后成像中心点坐标位于
（０，４ｍ），与点目标重合；而图６中成像中心点坐标则在（０，４．０２ｍ）
处，偏离目标点期望位置，同时产生的虚影要明显比图７的大。 （－３．１ ３）误差分析 Ｉ——均位估算误差ｌ ｌ 褫隰趋近谡差Ｉ’
ｌ、、 、 、 ＼ ＼ 、、
２ ４ ６ Ｂ １０ １２ ｔ４ １６ 选代阶数
方位向Ａｍｌｚ甜ｏｎ（ｍ） 图６ Ｃｏｒｄｉｅ算法４阶迭代ＢＰ成像
能改善在下降。理论上讲，当阶数为无穷大时，改进算法可等同 图７改进算法后ＢＰ成像结果
于ｓｑｒｔ（）函数。但增大迭代阶数，将大大增加系统的开销，降低系统的执行效率。实际目标探测成像应 ０ 加 铘 加 蛳 脚 加 铘 啪 ∞罩瑚瞅茹函
一 ～ ～ 一 ０ 加 加固 拂 椰 ∞ ∞ ｍ ∞｛罩誓｝ ４ ０ 一Ｅ—Ｓ蔼毒面蕊鼍
一种适用于穿墙雷达成像的墙体补偿算法
一种适用于穿墙雷达成像的墙体补偿算法
姚雪;孔令讲;易川;刘剑刚
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2014(12)6
【摘 要】在穿墙雷达成像领域，建筑墙体会改变电磁波的传播路径和速度，引入目标散射回波延迟误差，造成隐蔽目标成像散焦、位置偏移和多径幻象等。对此提出一种墙体补偿技术，准确计算像素点与天线之间的聚焦延时，修正目标图像位置偏移和散焦等，实现聚焦目标图像。首先，对回波数据采用后向投影成像算法，得到原始图像。其次，利用 Radon 变换，并结合图像连通域检测得到墙体前后表面的位置。最后，通过计算墙体前后表面距离，得到约束条件；在该条件下，假定墙体厚度和介电常数，对墙后目标进行补偿成像。Matlab 仿真数据验证了该算法的有效性。%With respect to through-wall-radar imaging,the ambiguities in
wall characteristics including thickness and relative permittivity will change
the speed and propagation path of electromagnetic wave.These changes
will defocus the target image and displace the target away from its true
position.A new algorithm is proposed to solve these problems.Though
calculating focus delay from the pixel to the antenna accurately, we can
correct target image position and focus the target image.Firstly,back-projection imaging algorithm is adopted to obtain the original
高帧率步进频穿墙成像雷达扫频方法
doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2015.09.015
引用格式:张宝伟,朱国富,陆必应.高帧率步进频穿墙成像雷达扫频方法[J].电讯技术,2015,55(9):1031-1035.[ZHANGBaowei,ZHUGuofu,LUBiying.ASweepFrequencyMethodforHighFrameRateStepped-frequencyThrough-WallImagingRadar[J].Telecommunication
Engineering,2015,55(9):1031-1035.]
高帧率步进频穿墙成像雷达扫频方法*
张宝伟**,朱国富,陆必应
(国防科学技术大学电子科学与工程学院,长沙410073)
摘摇要:步进频是穿墙成像雷达的常用波形,传统采用锁相合成技术的步进频穿墙成像雷达的跳频
时间长,帧率很低,难以满足穿墙雷达实时成像的要求。为了解决这个问题,提出了一种新的扫描方
案,可以通过现场可编程门阵列(FPGA)实现对扫描方式的可调控制,在不影响回波波形及成像效果
的情况下显著提高了步进频穿墙成像雷达的帧率。在2MHz的频率步长以及2.5GHz的频段范围
内时,实际成像帧率可以达到14Hz,在一定程度上满足了实时成像的要求。试验测试结果验证了所
提方法的可行性。
关键词:穿墙成像雷达;实时成像;步进频;锁相合成;高帧率
中图分类号:TN957摇摇文献标志码:A摇摇文章编号:1001-893X(2015)09-1031-05
ASweepFrequencyMethodforHighFrameRate
Stepped-frequencyThrough-WallImagingRadar
ZHANGBaowei,ZHUGuofu,LUBiying
(SchoolofElectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)
一种超宽带穿墙雷达多视角成像融合算法
一种超宽带穿墙雷达多视角成像融合算法
罗建宝;蒋留兵;彭亚红;徐婷
【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》
【年(卷),期】2011(031)006
【摘 要】演化的后向投影算法被应用于实孔径超宽带穿墙雷达成像,对单个视角雷达回波数据进行统计,在此基础上提出了基于信息量加权的多视角融合算法,并利用实测数据进行简单加的融合方法和信息量加权融合方法的对比,结果表明信息量加权方法可以得到更好的目标咋波比和成像效果.
【总页数】6页(P446-451)
【作 者】罗建宝;蒋留兵;彭亚红;徐婷
【作者单位】桂林电子科技大学 通信与信息学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学 通信与信息学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学 通信与信息学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学 通信与信息学院,广西桂林541004
【正文语种】中 文
【中图分类】TN911.7
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结合TV约束的穿墙雷达扩展目标成像方法
结合TV约束的穿墙雷达扩展目标成像方法
张燕;晋良念
【摘 要】在穿过周期性空心墙体的雷达成像中,当成像区域存在扩展目标时,会有数量较多且呈现区域性分布的散射点,从而导致空间的稀疏性较差,如果仍然采用传统稀疏成像方法,往往得不到理想的结果,为此提出一种TV约束下的扩展目标稀疏成像方法.该方法首先将空心墙体等效为三层均匀介质模 型,基于贝叶斯准则,采用“Integrate-out”方法充分利用目标的先验信息实现目标函数的无参数化,最后利用交替循环迭代法进行循环优化.仿真和实验结果表明,该方法不仅可以对扩展目标进行高分辨成像,还可以有效消除图像中的杂波,并且大大减小了计算量.%In the
through periodic cinderblock wall radar imaging,when there is an
extended target at the back of the wall,the spatial sparsity is not very
effective because a lot of point scatterers present regional distribution.If
the traditional sparse imaging method is still adopted,the inferior results
are often obtained.Therefore,an extended target sparse imaging method
with total variation constraints is proposed.First,the cinderblock wall is
considered to be equivalent to a three-layer homogeneous
model.Then,the parameter-free objective function is achieved through the
基于深度学习的穿墙雷达目标检测算法研究
基于深度学习的穿墙雷达目标检测算法研究
基于深度学习的穿墙雷达目标检测算法研究
摘要：近年来，随着物联网、智能家居等应用的快速发展，穿墙雷达技术作为一种无需直接观测目标就能探测其存在的技术逐渐受到关注。穿墙雷达目标检测算法是实现该技术的关键，传统的方法会受到室内环境复杂性的限制而无法准确探测目标，因此本文基于深度学习的方法对穿墙雷达目标检测进行研究。
1. 引言
穿墙雷达技术是一种基于无线电波传播特性的技术，其原理是通过墙壁、建筑等障碍物反射的信号进行目标探测。与其他传感器相比，穿墙雷达可以实现无需直接观测目标就能探测到其存在，并且不受天气、光线等因素的影响，因此在安全监控、救援等领域具有广泛的应用前景。
2. 研究现状
目前，对于穿墙雷达目标检测，传统的方法主要依靠信号处理和特征提取，如波束成像、时频分析等。然而，由于室内环境的复杂性，这些方法容易受到多径效应、噪声等因素的干扰，导致无法准确检测目标。因此，寻求一种更有效的目标检测方法势在必行。
3. 深度学习在穿墙雷达目标检测中的应用
深度学习作为一种具有强大学习能力的机器学习方法，近年来在图像处理、语音识别等领域取得了显著的成果。利用深度学习进行穿墙雷达目标检测，可以通过大量的数据进行训练，提取目标的更高级特征，从而提高目标检测的准确率。
在深度学习中，卷积神经网络（CNN）是广泛应用于图像处理领域的一种网络结构。基于CNN的目标检测算法首先将输入的雷达反射信号转化为图像形式，然后利用卷积层、池化层进行特征提取，最后通过全连接层进行分类和定位。此外，为了进一步提高检测效果，可以使用目标跟踪算法对目标进行连续追踪，从而减小误检概率。
4. 实验设计与结果分析
本文实验使用了某型号的穿墙雷达数据集，包含不同类型、尺寸的目标。首先，将原始数据集进行预处理，包括信号滤波、噪声去除等。然后，使用深度学习框架搭建目标检测模型，并使用训练集对模型进行训练。最后，使用测试集对模型进行测试，评估算法的性能。
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。
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。
超宽带穿墙雷达稳健波束域高分辨成像方法
第１６卷第６期 ２０１１年１２月 电路与系统学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＶＯ１．１６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１１ 文章编号：１００７—０２４９（２０１１）０６—０１０４—０５
超宽带穿墙雷达稳健波束域高分辨成像方法
晋良念 ，一， 欧阳缮２， 肖海林２
（１．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安７１００７１；２．桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
摘要。以实现超宽带穿墙雷达目标高分辨为目的，提出了稳健波束域高分辨谱估计成像方法。该方法将天线接收 数据进行补偿达到阵列数据对齐后，首先利用双约束稳健Ｃａｐｏｎ波束形成（ＤＲＣＢ）进行波束域预处理得到二维空间 波束，然后利用Ｃａｐｏｎ谱估计处理其二维空间谱获得高分辨成像。此方法将稳健波束形成和高分辨谱估计结合，明显 改善了成像质量。实验数据处理结果验证了该方法的有效性。 关键词ｔ超宽带穿墙雷达；高分辨成像；ＤＲＣＢ Ｃａｐｏｎ谱估计 中图分类号ｔ ＴＮ９５７．５１ 文献标识码ｔ Ａ
１ 引言
超宽带穿墙雷达是一种能够隔墙探测和定位的新型成像雷达系统，在城区巷战、反恐斗争和人质 救援中应用广泛［１ 】。由于墙体的存在，电磁波将产生反射、透射和衰减等现象，因此成像时需要考
虑它的影响。文献［１，２］通过建立墙体折射模型精确补偿传播时延，然后利用延时求和波束形成（Ｄｅｌａｙ
ａｎｄ Ｓｕｍ Ｂｅａｍｆｒｏｍ．ｉｎｇ，ＤＳＢ）过程得到了目标的准确成像位置。文献［３］深入分析了墙体的电磁传播
特性，建立了基于ＤＳＢ成像算法的墙体补偿统一形式。ＤＳＢ成像虽然在大孔径阵列下可以获得良好 的成像效果，但是在实用的小孔径阵列下，因其固有的低分辨率和高旁瓣特性以及对噪声和干扰抑制
能力弱等缺点使目标成像恶化。 、
针对这一问题，文献［４】提出了阵元域模约束Ｃａｐｏｎ波束成像算法，文献【５，６］提出了波束域ＭＵＳＩＣ 成像算法，这些谱估计方法的应用改善了目标的成像质量。相比阵元域，波束域处理具有以下优点：
基于墙体参数估计的穿墙成像与校正算法
第５期 ２Ｏ１１年ｌＯ月 雷达科学与技术
Ｒａｄａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ ＶｏＬ ９ ＮＯ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１ １
基于墙体参数估计的穿墙成像与校正算法
王涵宁，陆必应，周智敏，宋千
（国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙４１００７３）
摘 要：墙体对电磁波的传播具有折射与多次反射作用，若采用传统的雷达成像方法，则会造成墙后 目标的偏移与散焦。通过分析墙体与墙后目标对步进频连续波信号的回波特性，提出了一种基于墙体参数 估计的穿墙雷达成像与校正算法。该方法首先根据墙体回波的距离向压缩结果划定墙体相对介电常数与 厚度的估计范围，并利用估计范围内的参数取值构造补偿因子，然后通过比较补偿后墙后目标的聚焦效果 来确定墙体参数的具体值。仿真结果与实验结果表明，该方法能够在系统离墙较远的条件下实现墙体参数
的估计，同时完成墙后目标的准确成像。
关键词：步进频连续波信号；墙体参数估计；补偿因子；目标聚焦效果
中图分类号：ＴＮ９５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—２３３７（２０１１）０５—０４３０—０７
Ａｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ Ｔｈｒｏｕｇｈ—Ｗａｌｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｔｈｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ０ｆ Ｗａｌｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ＷＡＮＧ Ｈａｎ—ｎｉｎｇ，ＬＵ Ｂｉ—ｙｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｚｈｉ—ｍｉｎ，ＳＯＮＧ ＱＪａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｒｉｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｉｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｓｐｒｅａｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗａｉｌ， ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｗｉｌｌ ｂｅｃｏｍｅ ｓｈｉｆｔｅｄ ａｎｄ ｕｎｆｏｃｕｓｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ— ｐｅｒ，ａ ｓｔｅｐｐｅｄ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｗａｖｅ（ＳＦＣＷ）ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔＯ ｔｈｒｏｕｇｈ—ｗａｌｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅ— ｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏ ｂｅｇｉｎ ｗｉｔｈ，ｗａｌｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ
穿墙雷达原理
穿墙雷达原理
穿墙雷达是一种利用电磁波穿透建筑物并探测其内部情况的技术。它可以帮助人们快速准确地了解建筑物内部的结构和情况，对于消防、安全、救援等领域有着重要的应用价值。
穿墙雷达原理基于电磁波在不同介质中传播速度不同的特性。当电磁波遇到介质边界时，会发生反射和折射现象。通过对这些反射和折射波进行分析，可以得出建筑物内部的结构和物体分布情况。
穿墙雷达通常采用超高频（UHF）或微波频段的电磁波。这些频段的电磁波具有较强的穿透能力，在穿过建筑物时能够保持较好的信号强度。雷达发射器会向建筑物发送一系列脉冲信号，然后接收器会接收到这些信号经过反射后返回的信息，并将其转化为图像或数据进行处理。
在实际应用中，穿墙雷达可以通过不同方式实现。一种常见方法是采用移动式雷达系统，将雷达设备放置在建筑物外部，通过扫描整个建筑物并绘制出内部结构的图像。另一种方法是采用固定式雷达系统，将雷达设备安装在建筑物内部的固定位置，通过监测周围环境变化来探测可能存在的障碍物或人员。
穿墙雷达在消防、安全、救援等领域有着广泛的应用。例如，在火灾发生时，穿墙雷达可以帮助消防人员快速准确地了解火灾现场情况，指导灭火行动；在地震等自然灾害发生时，穿墙雷达可以帮助救援人员寻找被埋压的人员和障碍物；在反恐、警务等领域中，穿墙雷达可以帮助警方快速掌握目标建筑物内部情况，并作出相应处置。
总之，穿墙雷达技术是一项具有重要应用价值的技术。随着科技的不断发展和进步，相信它将会得到更广泛的应用和推广。