非均勻牆體及封閉空間中穿牆雷達高分辨成像技術

《非均勻牆體及封閉空間中穿牆雷達高分辨成像技術》是依託北京理工大學，由劉泉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非均勻牆體及封閉空間中穿牆雷達高分辨成像技術
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：劉泉華
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

穿牆雷達可對建築、掩體和廢墟等進行外部非入侵式探測，在反恐、警戒、救災、醫療等場合具有重要作用。穿牆雷達現有研究中，成像多針對單層均勻牆體後的若干簡單目標，雜波抑制多針對牆體反射波和天線耦合波。穿牆雷達面臨的真實環境遠比此類簡單場景複雜，電磁波在複雜場景（非均勻色散介質和封閉空間）中傳播所產生的嚴重雜波、多徑干擾以及傳播參數不確定等問題，是當前穿牆雷達研究的難點。本課題針對非均勻牆體及封閉空間中穿牆雷達高分辨成像技術開展研究。建立非均勻多層牆體的電磁傳播模型，反演牆體反射係數，研究未知牆體參數的估計方法；將期望最大（EM）算法與多感測器信息觀測相結合，完成觀測與目標之間的關聯，並基於多重假設檢驗模型進行判決，從而抑制多徑引起的虛假目標。本項研究將推進穿牆成像技術的發展，使之能夠在更加貼近實際的環境中獲取圖像。

結題摘要

穿牆雷達可對建築、掩體和廢墟等進行外部非入侵式探測，在反恐、警戒、救災、醫療等場合具有重要作用。穿牆雷達現有研究中，成像多針對單層均勻牆體後的若干簡單目標，雜波抑制多針對牆體反射波和天線耦合波。穿牆雷達面臨的真實環境遠比此類簡單場景複雜，電磁波在複雜場景中傳播所產生的嚴重雜波、多徑干擾以及傳播參數不確定等問題，是當前穿牆雷達研究的難點。 本課題針對非均勻牆體及封閉空間中穿牆雷達高分辨成像技術開展研究。建立非均勻多層牆體的電磁傳播模型，反演牆體反射係數，研究未知牆體參數的估計方法；將期望最大算法與多感測器信息觀測相結合，完成觀測與目標之間的關聯，並基於多重假設檢驗模型進行判決，從而抑制多徑引起的虛假目標。 針對非均勻牆體參數估計問題，首先分析了常見牆體建築結構的電磁波傳播模型，測試了6種常見介質的介電常數，統計介質的相對介電常數和相對磁導率，得到結論：介質的相對介電常數實部比較平穩，相對磁導率基本介於0.95～1.1之間，均為非鐵磁性介質；其次，針對穿牆雷達成像算法對牆體參數特別是介質介電常數依賴很大，但是實際牆體（非均勻介質）無法得到準確的介電常數的問題，使用自由空間模型代替牆體模型，研究了兩種牆體參數補償算法：基於一二介質算法對應頻點成像結果相位差統計分布函式最大值補償方法和頻點間相位互相關補償方法，並利用兩種補償方法得到成像結果。 針對封閉空間中多徑抑制問題，在成像過程中引入期望最大算法，研究利用多幀觀測的空間分布信息，在疊代中最大化目標觀測的對數似然函式期望，完成目標位置狀態的估計，進而得到“觀測－目標”的關聯，並基於多重假設檢驗模型進行判決，剔除多徑分量造成的鬼影。 在整個課題進展過程中，課題組開展了多次穿牆探測實驗，包括雜波抑制實驗、K波段、X波段成像實驗、T型目標數據處理實驗、牆面不同區域反射回波差異性測量實驗等，對本課題理論研究和方法改進進行了實驗數據驗證處理。