基于改进的3D-FFBP三维穿墙成像研究

摘要

穿墙成像雷达(Through-Wall Imaging Radar,TWIR)利用低频电磁波的穿透特性，对隐蔽在建筑物之内的目标进行探测、定位和成像等状态分析，大大提高了城区作战能力、反恐斗争以及灾难救援时人员搜救能力，成为了近些年来的研究热点。基于脉冲超宽带(Impulse Radio-Ultra Wide Band,IR-UWB)信号的穿墙成像系统，主要由建模仿真和成像两部分组成，本文重点开展了IR-UWB信号穿墙传播特性建模和成像问题的研究，为实际系统的设计和通信应用提供了理论指导。 在穿墙特性建模中，为了改善FDTD(Finite Difference Time Domain,FDTD)方法在预测IR-UWB信号传播过程中存在的对内存资源消耗较大、计算时间较长等问题，本文针对传统FDTD方法不足之处提供了一些改进方案。运用改良的矩阵束以及交替隐式有限差分方法算法建模分析超宽带穿墙传播特性，仿真结果证实了改良的FDTD方法可以在一定程度上减少计算时长，提高仿真效率。 在仿真时域数据，本文首先给出了在合成孔径中使用的反投影算法及其衍生因式分解快速后向投影（Fast Factorized Back Projection,FFBP）成像算法，然后分析了主动探测方式下的穿墙成像原理，提出了一种应用于主动式IR-UWB穿墙成像的FFBP成像算法。考虑墙体的影响作用，又提出了利用折射定律补偿法对FFBP算法进行改进，成像结果验证了本文改进算法的有效性。最后，针对传统主动雷达技术的不足，本文还给出了一种基于信号源IR-UWB已知条件下的外辐射源雷达系统，建立了多目标环境下的被动式探测UWB穿墙成像模型。

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