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UWB-MIMO穿墻雷達(dá)三維成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(dá)三維成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 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(dá)三維成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 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(dá)三維成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法研究

doi: 10.11999/JEIT190356 cstr: 32379.14.JEIT190356
基金項(xiàng)目: 科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2017YFF0107700),國(guó)家自然科學(xué)基金(61601438)
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    劉新:男,1992年生,博士生,主要研究方向?yàn)榇走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與MIMO陣列信號(hào)處理及成像方法

    閻焜:男,1993年生,博士生,主要研究方向?yàn)榉植际嚼走_(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)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?yàn)槌瑢拵Ю走_(dá)天線和接前端設(shè)計(jì)與陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化

    葉盛波:男,1983年生,副研究員,主要研究方向?yàn)槌瑢拵Ю走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及微波信號(hào)處理與成像算法研究

    張群英:女,1972年生,研究員,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)槲⒉ㄌ綔y(cè)技術(shù)領(lǐng)域的新方法、新技術(shù)及新應(yīng)用研究,微波成像信號(hào)處理與成像方法研究

    方廣有:男,1963年生,研究員,博士生導(dǎo)師,主要從事超寬帶電磁場(chǎng)理論及其工程應(yīng)用、超寬帶雷達(dá)成像技術(shù)、微波成像新方法和新技術(shù)等方面的研究工作

    通訊作者:

    葉盛波 sbye@mail.ie.ac.cn

  • 中圖分類(lèi)號(hào): 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(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(lái)解決小陣列大視場(chǎng)的問(wèn)題。另外,在通過(guò)微波開(kāi)關(guān)切換分時(shí)復(fù)用的方式來(lái)采集接收單元回波數(shù)據(jù)的同時(shí),增加1個(gè)參考通道直接采集參考單元的回波信號(hào)來(lái)估計(jì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置變化信息,對(duì)MIMO通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后再進(jìn)行3D成像,有效避免了因目標(biāo)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的散焦和成像結(jié)果偏移真實(shí)位置的問(wèn)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法流程圖

    圖  4  MIMO雷達(dá)系統(tǒng)框圖

    圖  5  陣列收發(fā)單元分布

    圖  6  點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)2維圖

    圖  7  角反射成像對(duì)比結(jié)果

    圖  8  運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波Bscan圖

    圖  9  實(shí)驗(yàn)室空氣中3D成像結(jié)果

    圖  10  補(bǔ)償前后目標(biāo)檢測(cè)位置與真實(shí)位置

    圖  11  補(bǔ)償前后誤差分布箱型圖

    圖  12  實(shí)驗(yàn)室空氣中3D成像結(jié)果

    圖  13  補(bǔ)償前后目標(biāo)檢測(cè)位置與真實(shí)位置

    圖  14  補(bǔ)償前后誤差分布箱型圖

    圖  15  穿墻情況下3D成像結(jié)果

    表  1  MIMO雷達(dá)關(guān)鍵參數(shù)

    參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值
    中心頻率1 GHz
    帶寬1 GHz
    碼型Golay互補(bǔ)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(dǎo)出CSV
  • TANG V H, BOUZERDOUM A, and PHUNG S L. Multipolarization through-wall radar imaging using low-rank and jointly-sparse representations[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2018, 27(4): 1763–1776. doi: 10.1109/TIP.2017.2786462
    晉良念, 馮飛, 劉慶華, 等. 利用塊間耦合稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的建筑物布局成像方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2018, 40(4): 853–859. doi: 10.11999/JEIT170719

    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
    Salinas V S, SANTOS-ASSUN?AO S, and PéREZ-GRACIA V. GPR clutter amplitude processing to detect shallow geological targets[J]. Remote Sensing, 2018, 10(1): 88. doi: 10.3390/rs10010088
    DONG Zehua, FANG Guangyou, JI Yicai, et al. Parameters and structure of lunar regolith in Chang'E-3 landing area from lunar penetrating radar (LPR) data[J]. Icarus, 2017, 282: 40–46. doi: 10.1016/j.icarus.2016.09.010
    DEHMOLLAIAN M and SARABANDI K. Refocusing through building walls using synthetic aperture radar[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2008, 46(6): 1589–1599. doi: 10.1109/tgrs.2008.916212
    TAN Qinyan, LEUNG H, SONG Yaoliang, et al. Multipath ghost suppression for through-the-wall radar[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2014, 50(3): 2284–2292. doi: 10.1109/TAES.2013.100241
    張斕子, 陸必應(yīng), 周智敏, 等. 基于空間特征的MIMO穿墻雷達(dá)墻雜波抑制[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 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
    SONG Yongping, HU Jun, CHU Ning, et al. Building layout reconstruction in concealed human target sensing via UWB MIMO through-wall imaging radar[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2018, 15(8): 1199–1203. doi: 10.1109/LGRS.2018.2834501
    王懷軍, 黃春琳, 陸珉, 等. MIMO雷達(dá)反向投影成像算法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2010, 32(8): 1567–1573. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2010.08.03

    WANG Huaijun, HUANG Chunlin, LU Min, et al. Back projection imaging algorithm for MIMO radar[J]. Systems Engineering and Electronics, 2010, 32(8): 1567–1573. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2010.08.03
    梁福來(lái), 李浩楠, 祁富貴, 等. UWB MIMO生物雷達(dá)多靜止人體目標(biāo)成像方法研究[J]. 雷達(dá)學(xué)報(bào), 2016, 5(5): 470–476. doi: 10.12000/JR16096

    LIANG Fulai, LI Haonan, QI Fugui, et al. Imaging of multiple stationary humans using a UWB MIMO bio-radar[J]. Journal of Radars, 2016, 5(5): 470–476. doi: 10.12000/JR16096
    HUANG Qiong, QU Lele, WU Bingheng, et al. UWB through-wall imaging based on compressive sensing[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2010, 48(3): 1408–1415. doi: 10.1109/TGRS.2009.2030321
    BECQUAERT M, CRISTOFANI E, LAUWENS B, et al. Online sequential compressed sensing with multiple information for through-the-wall radar imaging[J]. IEEE Sensors Journal, 2019, 19(11): 4138–4148. doi: 10.1109/JSEN.2019.2898274
    ZHUGE Xiaodong and YAROVOY A G. Three-dimensional near-field MIMO array imaging using range migration techniques[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2012, 21(6): 3026–3033. doi: 10.1109/TIP.2012.2188036
    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(guó)富, 陸心應(yīng), 金添, 等譯. 穿墻雷達(dá)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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  • 被引次數(shù): 0
出版歷程
  • 收稿日期:  2019-05-20
  • 修回日期:  2020-02-28
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-06-28
  • 刊出日期:  2020-09-27

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