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UWB-MIMO穿墻雷達三維成像與運動補償算法研究

劉新 閻焜 楊光耀 葉盛波 張群英 方廣有

劉新, 閻焜, 楊光耀, 葉盛波, 張群英, 方廣有. UWB-MIMO穿墻雷達三維成像與運動補償算法研究[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(9): 2253-2260. doi: 10.11999/JEIT190356
引用本文: 劉新, 閻焜, 楊光耀, 葉盛波, 張群英, 方廣有. UWB-MIMO穿墻雷達三維成像與運動補償算法研究[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(9): 2253-2260. doi: 10.11999/JEIT190356
Xin LIU, Kun YAN, Guangyao YANG, Shengbo YE, Qunying ZHANG, Guangyou FANG. Study on 3D Imaging and Motion Compensation Algorithm for UWB-MIMO Through-wall Radar[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(9): 2253-2260. doi: 10.11999/JEIT190356
Citation: Xin LIU, Kun YAN, Guangyao YANG, Shengbo YE, Qunying ZHANG, Guangyou FANG. Study on 3D Imaging and Motion Compensation Algorithm for UWB-MIMO Through-wall Radar[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(9): 2253-2260. doi: 10.11999/JEIT190356

UWB-MIMO穿墻雷達三維成像與運動補償算法研究

doi: 10.11999/JEIT190356
基金項目: 科技部重點研發(fā)計劃 (2017YFF0107700),國家自然科學基金(61601438)
詳細信息
    作者簡介:

    劉新:男,1992年生,博士生,主要研究方向為穿墻雷達系統(tǒng)設計與MIMO陣列信號處理及成像方法

    閻焜:男,1993年生,博士生,主要研究方向為分布式雷達系統(tǒng)架構設計與聯(lián)合定位跟蹤算法

    楊光耀:男,1993年生,博士生,主要研究方向為超寬帶雷達天線和接前端設計與陣列拓撲結構優(yōu)化

    葉盛波:男,1983年生,副研究員,主要研究方向為超寬帶雷達系統(tǒng)設計及微波信號處理與成像算法研究

    張群英:女,1972年生,研究員,博士生導師,主要研究方向為微波探測技術領域的新方法、新技術及新應用研究,微波成像信號處理與成像方法研究

    方廣有:男,1963年生,研究員,博士生導師,主要從事超寬帶電磁場理論及其工程應用、超寬帶雷達成像技術、微波成像新方法和新技術等方面的研究工作

    通訊作者:

    葉盛波 sbye@mail.ie.ac.cn

  • 中圖分類號: TN957.52

Study on 3D Imaging and Motion Compensation Algorithm for UWB-MIMO Through-wall Radar

Funds: The National Key R&D Program of China(2017YFF0107700), The National Natural Science Foundation of China (61601438)
  • 摘要: 該文提出一種適用于超寬帶MIMO稀疏陣列的Kirchhoff遷移成像和運動補償方法。該方法將傳統(tǒng)Kirchhoff積分方程引入到MIMO陣列中,并利用后向格林函數(shù)替代前向格林函數(shù)來解決小陣列大視場的問題。另外,在通過微波開關切換分時復用的方式來采集接收單元回波數(shù)據(jù)的同時,增加1個參考通道直接采集參考單元的回波信號來估計運動目標的位置變化信息,對MIMO通道的數(shù)據(jù)進行運動補償后再進行3D成像,有效避免了因目標運動導致的散焦和成像結果偏移真實位置的問題。
  • 圖  1  自由空間中MIMO成像示意圖

    圖  2  穿墻情況下MIMO成像示意圖

    圖  3  3D成像與運動補償算法流程圖

    圖  4  MIMO雷達系統(tǒng)框圖

    圖  5  陣列收發(fā)單元分布

    圖  6  點擴散函數(shù)2維圖

    圖  7  角反射成像對比結果

    圖  8  運動目標回波Bscan圖

    圖  9  實驗室空氣中3D成像結果

    圖  10  補償前后目標檢測位置與真實位置

    圖  11  補償前后誤差分布箱型圖

    圖  12  實驗室空氣中3D成像結果

    圖  13  補償前后目標檢測位置與真實位置

    圖  14  補償前后誤差分布箱型圖

    圖  15  穿墻情況下3D成像結果

    表  1  MIMO雷達關鍵參數(shù)

    參數(shù)名稱參數(shù)值
    中心頻率1 GHz
    帶寬1 GHz
    碼型Golay互補碼
    累加次數(shù)16
    ADC位數(shù)16 bit
    等效采樣率16 GHz
    掃描率2拍/s
    下載: 導出CSV
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    JIN Liangnian, FENG Fei, LIU Qinghua, et al. Building layout imaging method using the inter-block coupling sparse bayesian learning[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2018, 40(4): 853–859. doi: 10.11999/JEIT170719
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    張斕子, 陸必應, 周智敏, 等. 基于空間特征的MIMO穿墻雷達墻雜波抑制[J]. 電子與信息學報, 2014, 36(4): 946–952. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.00891

    ZHANG Lanzi, LU Biying, ZHOU Zhimin, et al. A wall clutter suppression method based on spatial signature in MIMO through-the-wall radar imaging[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2014, 36(4): 946–952. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.00891
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    梁福來, 李浩楠, 祁富貴, 等. UWB MIMO生物雷達多靜止人體目標成像方法研究[J]. 雷達學報, 2016, 5(5): 470–476. doi: 10.12000/JR16096

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    ZHUGE Xiaodong, YAROVOY A G, SAVELYEV T, et al. Modified kirchhoff migration for UWB MIMO array-based radar imaging[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2010, 48(6): 2692–2703. doi: 10.1109/tgrs.2010.2040747
    AMIN M G, 朱國富, 陸心應, 金添, 等譯. 穿墻雷達成像[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2014: 55–57.

    AMIN M G, ZHU Guofu, LU Xinying, JIN Tian, et al. translation. Through-the-Wall Radar Imaging[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2014: 55–57.
  • 加載中
圖(15) / 表(1)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-05-20
  • 修回日期:  2020-02-28
  • 網(wǎng)絡出版日期:  2020-06-28
  • 刊出日期:  2020-09-27

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