UWB穿墙生命探测雷达波形设计和干扰抑制方法研究.pdf

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要在反恐和人质救援行动中，执法人员通常需要对目标隐藏的建筑物进行非接触式的探测，以实现对隐藏目标的定位和跟踪，从而提高作战人员对周围环境的态势感知能力本文研究的超宽带穿墙生命探测雷达( U W B ．T w L D R ) 就是实现这些功能的新型探测装备本文从U W B ．T W L D R 的功能需求及系统复杂度出发，选择冲激脉冲波形作为发射信号形式，在分析电磁波穿墙性能的基础上，讨论了面向雷达应用的系统参数选择考虑到系统工作的隐蔽性及复杂的城区电磁环境，研究了一种超宽带时域调制冲激脉冲信号波形，重点分析了时间调制码参数对其功率谱密度的影响，迸一步研究了其潜在的抗R F I 性能在分析穿墙雷达回波信号的基础上，建立了穿墙雷达的工作模型，根据人体目标运动的特点，利用积累平均背景相消对小运动的人体目标进行杂波抑制，对于大运动的目标则利用脉冲对消的杂波抑制方法针对距离历史图像域R F I 的特点，提出了一种幅度均衡的干扰抑制方法在分析静止目标多普勒谱和干扰、杂波谱在慢时间域不同特点的基础上，提出了一种慢时间滤波的杂波和随机R F I 抑制方法根据T W L D R 原理样机的系统要求，以V i s u a lC + + 6 ．0 为平台，设计了系统的软件界面，实现了数据采集功能，并利用V C 与M A T L A B 的混合编程技术，实现了准实时的数据处理功能。

最后，以水泥砖墙为障碍物，利用原理样机系统做了大量实验，对上述的思想和算法进行了验证主题词：穿墙生命探测雷达时域调制功率谱密度杂波抑制幅度均衡慢时间滤波混合编程第i 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文A B S T R A C TI na n t i t e r r o r i s ma n dh o s t a g es i t u a t i o n s ，l a we n f o r c e m e n t0 m c e r su s u a l l yn e e dt oi n s p e c tt h eb u i l d i n gn o n - c o n t a c tw h e r et h et a r g e t sh i d ei no r d e rt ol o c a t ea n dt r a c kt h ec o n c e a l e dt a r g e t s ，w h i c hc o u l de n h a n c eo m c e r s ’t h ea b i l i t yo fs i t u a t i o n a la w a r e n e s s ．T h eT h r o u g h - t h e ·W a l lL i f e - D e t e c t i n gR a d a r ( T W L D R )i san e wc a n d i d a t ee q u i p m e n tw h i c hC a n 丘I l i s ht h e s et a s k s ．I nt e r m so ff u n c t i o nr e q u i r e m e n ta n dc o m p l e x i t yo ft h eT W L D Rs y s t e m ．t h i st h e s i ss e l e c t st h ei m p u l s ew a v e f o r ma st h et r a n s m i t t i n gs i g n a l ．T h ep e n e t r a t i n gp e r f o r m a n c eo fe l e c t r o m a g n e t i cw a v ei sa n a l y z e d ，a n dt h e nc h o i c eo fs y s t e mp a r a m e t e r si sd i s c u s s e db a s e do ni t sa p p l i c a t i o n ．I nv i e wo fw o r k i n gc o v e r t n e s sa n dc o m p l e xe l e c t r o m a g n e t i cc i r c u m s t a n c e s ，t h et i m e —m o d u l a t e du l t r a - w i d e b a n di m p u l s es i g n a li ss t u d i e d ．T h e nt h ei n f l u e n c eo ft h em o d u l a t i n gp a r a m e t e r st oi t sp o w e rs p e c t r u md e n s i t yi sa n a l y z e da n dt h ed i s c u s s i o no fa n t i —R F Ic a p a b i l i t yo ft h es i g n a li sf o l l o w e d ．T h ew o r k i n gm o d e lo fT W L D Ri se s t a b l i s h e db a s e do nt h ea n a l y s i so ft a r g e t se c h o ．I nt e r m so fm o v i n gt r a i to fh u m a nb e i n g ，t h ei n t e g r a t i o na v e r a g i n gb a c k g r o u n ds u b t r a c t i o ni su s e df o rc l u t t e rs u p p r e s s i o nf o rp e r s o nw i t hs m a l lm o t i o n ，w h i l ef o rp e r s o nw i t hb i gm o t i o n ，t h ep u l s ec a n c e l l a t i o ni sa p p l i e d ．W i mav i e wt ot h eR F Ic h a r a c t e r i s t i ci nt h er a n g e - t i m eh i s t o r yi m a g e ，t h ea m p l i t u d ee q u i l i b r i u mm e t h o di sd e v e l o p e df o ri n t e r f e r e n c es u p p r e s s i o n ．T h ed i f f e r e n c eo fd o p p l e rs p e c t r u mo fs t a t i cp e r s o na n dt h a to fc l u t t e ra n di n t e r f e r e n c ei nt h es l o w - t i m ef r e q u e n c yr e s p o n s ei se m p h a s i z e d ，b a s e do nw h i c has l o w - t i m ef i l t e r i n gt e c h n i q u ei sd e v e l o p e dt os u p p r e s sc l u t t e ra n dr a n d o mR F I ．A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fT W L D Rm o d e lm a c h i n e ，t h es y s t e ms o f t w a r ei n t e r f a c ei sd e s i g n e db a s e do nV i s u a lC + + 6 ．0 ．T h ed a t ac o l l e c t i o ni sa c h i e v e da sw e l la sq u a s i ·r e a l ·t i m ed a t ap r o c e s s i n gu t i l i z i n gm i x - p r o g r a m m i n gt e c h n i q u eo fV Ca n dM A T L A B ．F i n a l l y ，t h ep e r f o r m a n c e so ft h ea l g o r i t h m sc i t e da b o v ea r ev a l i d a t e db yt h ee x p e r i m e n t sf o rp e n e t r a t i n gc e m e n tb r i c kw a l lw i t ht h em o d e lm a c h i n e ．K e yW o r d s ：T h r o u g h - t h e - W a l lL i f e - D e t e c t i n gR a d a r ( T W L D R ) ．T i m e —M o d u l a t e d ( T M ) ，P o w e rS p e c t r u mD e n s i t y ( P S D ) ，C l u t t e rs u p p r e s s i o n 。

A m p l i t u d ee q u i l i b r i u m ，S l o w - t i m ef i l t e r i n g ，M i x - p r o g r a m m i n g第i i 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文图2 ．1图2 ．2图2 ．3图2 ．4图2 ．5图2 ．6图2 ．7图2 ．8图2 ．9图2 ．1 0图2 ．1 1图2 ．1 2图2 ．1 3图2 ．1 4图2 ．1 5图2 ．1 6图2 ．1 7图2 ．1 8图2 ．1 9图2 ．2 0图2 ．2 1图3 ．1图3 ．2图3 ．3图3 ．4图3 ．5图3 ．6图3 ．7图3 ．8图3 ．9图3 ．1 0图3 ．1 l图目录高斯脉冲波形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0基本高斯脉冲及其各阶微分信号频谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0不同频率电磁波穿透多种介质墙体的衰减曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 l一阶高斯脉冲的波形和频谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4等周期发射信号波形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5等周期发射信号的功率谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。

15T M ．U W B 发射信号波形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6T M ．U W B 发射信号的功率谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6等周期发射信号的功率谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0等周期发射信号功率谱的局部⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0码周期不同时T M ．U W B 发射信号的功率谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l码周期不同时T M ．U W B 发射信号功率谱的局部⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2单位时延不同时T M ．U W B 发射信号的功率谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3单位时延不同时T M ．U W B 发射信号功率谱的局部⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4T M ．U W B 信号的处理流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6无调制时回波的脉冲积累结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8T M。