基于多特征结合的MIMO穿墙雷达“鬼影”抑制.docVIP

基于多特征结合的MIMO穿墙雷达“鬼影”抑制 　　摘 要：穿墙雷达由于其工作环境的复杂性，导致接收的目标信号十分微弱，即使通过背景对消抑制了天线耦合波、墙体直达波等强杂波，目标信号也难以突显，同时传统的检测方法并不能解决目标与墙体等环境响应产生“鬼影”目标的问题。为解决这一问题，建立了点目标、扩展目标以及运动目标等模型对虚假“鬼影”目标的产生原因进行分析，并提出了一种基于幅度和空间位置等特征相结合的图像检测方法。仿真和实验结果证明了“鬼影”的理论分析和方法的有效性。 　　关键词： 穿墙雷达； 多特征； MIMO天线阵列； “鬼影”抑制 　　中图分类号： TN957?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）19?0001?07 　　Abstract： The work environment of the through?the?wall radar is complicated， which makes the received target signal completely weak. Even though the antenna coupling wave， the wall direct wave and other strong clutter waves have been restrained by background compensation， the target signal is hard to appear. Traditional detection methods can′t eliminate the “ghost” target generated by the environmental response. To settle this problem， models of point target， extended target and moving target were established to analyze the generation reasons of false “ghost” target. A new image detection method based on the combination of amplitude and spatial location features is proposed for the through?the?wall radar. The validity of “ghost” theoretical analysis and this method was verified by simulation and experiments. 　　Keywords： through?the?wall radar； multi?feature； MIMO antenna array； “ghost” suppression 　　0 引 言 　　穿墙雷达（Through?the?Wall Radar，TWR）能够穿透房间对隐蔽墙后的目标进行探测，现如今被广泛应用于安全防卫、灾害救援等方面[1?3]。实际情况中TWR通常工作在复杂的电磁环境中，由于墙体的存在，墙后多目标之间相互交叉作用，目标信杂比较低，使得回波呈现杂乱、微弱以及模糊等现象。传统的门限检测技术[4]，虽然能够有效抑制绝大多数的静止杂波，但是由于墙体以及房间内其他物体的相互作用产生的干扰回波，其所获取的图像具有“鬼影”现象，无法实现墙后目标的有效检测。 　　无论是对“鬼影”现象的抑制[5]，还是将其作为有用信号加以利用[6]，以提高雷达探测性能，都需要建立“鬼影”模型。基于此背景，本文首先针对传统检测方法，分别对点目标、扩展点目标以及运动的扩展目标建模，分析各种“鬼影”的形成原因。考虑现有方法以及相关技术方面存在的不足和短板，分别考虑幅度、目标的空间位置两个信息的提取与子图的生成，提出适用有效的检测方法，通过仿真和实验数据的处理进行验证。 　　1 传统的雷达检测方法 　　对于穿墙探测系统，为了探测墙后的运动目标，传统方法是背景对消和CFAR，其处理流程为简单的开环式结构，如图1所示，数据在整个处理链路中单向流动。 　　由于墙体的存在，目标散射得到的电磁波能量相对于墙体散射回波而言非常微弱，为了探测墙后目标，必须抑制墙体杂波。针对动目标，传统方法是背景对消，原始雷达图像经过背景对消之后，在一定程度上增强了目标回波；其次经过后向投影（Back Projection，BP）算法成像[7]，使图像在计算机上显示；再通过基于Neyman?Pearson准则的CFAR检测器进行检测，得出结果。CFAR检测器是利用滑窗机制遍历全图，能