内容简介

序作为一类特种雷达，超宽带 MIMO 穿墙雷达能够穿透障碍物、探测隐蔽目标，广泛应用于灾害救援、反恐维稳、城市作战等任务，其独特的穿透探测能力也为智慧城市、智能感知等领域的发展提供了新的可能，因此越来越受到广大研究人员的关注。对于现代雷达而言，大带宽信号与 MIMO 阵列本身并无太特殊的地方，事实上这两项技术已被大量雷达系统采用。但穿墙雷达探测中存在一个极为特殊之处，即雷达发射信号首先穿过墙体才能抵达目标，目标反射信号需要再次穿过墙体后才能被雷达接收。墙体带来的信号衰减、多径等效应显著增加了目标探测难度，如何利用信号处理技术从杂波、干扰中分离出感兴趣的目标信号，是超宽带 MIMO 穿墙雷达实现成像探测的关键。穿墙雷达探测技术已经有大量研究，但目前还缺少一本系统性论述超宽带 MIMO 穿墙雷达成像探测信号处理各环节的专著。在本书出版以前，国内穿墙成像领域主要的系统性参考书目为美国学者 Moeness G. Amin 的 Through - the - wall radar imaging 一书的译作（《穿墙雷达成像》，2014 年出版），该书侧重于介绍穿墙雷达系统构成以及雷达波形、阵列设计、波束形成等关键技术的理论模型，较少讨论复杂环境下穿墙雷达信号处理方法在实际应用中所面临的挑战。相比之下，《超宽带 MIMO 穿墙雷达成像探测技术》一书详细介绍了超宽带 MIMO 穿墙雷达信号处理的完整过程，并使用了大量实测数据对相关理论模型与信号处理方法进行了验证。全书结构紧凑，逻辑清晰，各章节既有严密的数学推导，也有详实的概念解释，能够帮助读者掌握从穿墙雷达回波数据的基本形式到提取出目标信息的完整信号处理方法。国防科技大学研究团队从 “十二五” 时期就将超宽带信号与 MIMO 技术综合应用于穿透探测的研究，从最初穿透地表探测埋设地雷，到目前穿透墙体感知墙后人员，多年的技术积累为撰写本书奠定了厚实的基础。本书关于穿墙杂波抑制、墙后运动 / 微动人体目标检测与特征提取方法等的多项成果已发表在 IEEE、IET 等国际知名期刊上，具有国际先进水平，为进一步提高雷达对墙后人体目标的探测威力与探测精度提供了有效途径。本书作者都是超宽带 MIMO 雷达系统和信息处理方面的专家和技术骨干，本书内容为他们在该领域研究成果的系统总结，不仅对超宽带 MIMO 穿墙雷达技术发展具有指导作用，而且对雷达信号处理相关领域发展也有借鉴意义。本书系统性、创新性强、学术水平高、应用价值大，对推动超宽带 MIMO 雷达探测技术的发展具有重要意义。希望本书的出版，能够帮助读者更好地把握穿墙探测技术的研究现状、面临的挑战以及未来的发展方向。也希望本书的作者团队以及对该领域感兴趣的研究人员，能够继续丰富超宽带 MIMO 雷达技术，推动相关技术落地实践，并促进超宽带 MIMO 穿墙雷达作为特种传感器在智能感知等新兴领域的应用。（签名）ⅢⅣ

目录

目录

第 1 章 绪论

1.2.1 回波预处理

1.2.2 穿墙成像

1.2.3 杂波抑制

1.2.4 目标特征提取

1.1 基本概念

1.2 主要的信号处理技术

1.3 难点与挑战

第 2 章 超宽带穿墙雷达射频干扰抑制

2.4.1 射频干扰检测

2.4.2 射频干扰抑制

2.3.1 基于 MSR 的射频干扰抑制方法

2.3.2 基于 SLSR 的射频干扰抑制方法

2.3.3 基于 ISR 的射频干扰抑制方法

2.2.1 射频干扰与运动目标分布差异

2.2.2 基于最小统计的时变射频干扰功率估计方法

2.2.3 基于 OS - CFAR 的射频干扰检测

2.1.1 目标信号模型

2.1.2 射频干扰信号模型

2.1.3 射频干扰信号对墙后目标的影响

2.1 超宽带穿墙雷达回波模型

2.2 射频干扰功率估计与检测

2.3 射频干扰抑制

2.4 实验验证

2.5 本章小结

第 3 章 超宽带 MIMO 穿墙雷达成像

3.5.1 三面角目标成像实验

3.5.2 人体目标成像实验

3.4.1 相干因子及其扩展

3.4.2 子频段子孔径相干因子

3.4.3 多目标成像仿真

3.2.1 MIMO 阵列实际成像模型

3.2.2 墙壁参数估计

3.2.3 无折射点 RPF 穿透成像

3.2.4 数值仿真

3.2.5 现场实验

3.1.1 MIMO 阵列成像几何

3.1.2 成像方法

3.1.3 基于点目标的成像性能分析

3.1 成像模型和成像方法

3.2 穿透成像墙体参数估计

3.3 超宽带 MIMO 阵列栅旁瓣分析

3.4 超宽带 MIMO 阵列栅瓣抑制

3.5 实验结果

3.6 本章小结

第 4 章 超宽带 MIMO 穿墙雷达运动目标指示

4.5.1 墙后运动目标指示

4.5.2 阴影杂波抑制结果

4.4.1 扩展目标的遮蔽效应分析

4.4.2 遮蔽效应特性

4.4.3 遮蔽效应抑制

4.3.1 最优抽头长度定义

4.3.2 最优抽头长度的梯度搜索

4.2.1 频域杂波抑制方法

4.2.2 时域杂波抑制方法

4.2.3 频域时域并行处理方法

4.2.4 自适应处理方法

4.1.1 人体目标回波

4.1.2 人体目标运动状态

4.1.3 人体目标运动回波断续模型

4.1 人体目标运动状态分析

4.2 常见的杂波抑制方法

4.3 自适应人体目标指示

4.4 运动目标阴影杂波抑制

4.5 运动目标指示实验结果

4.6 本章小结

第 5 章 超宽带 MIMO 穿墙雷达运动目标多脉冲联合成像

5.4.1 横向走动实验

5.4.2 斜线走动实验

5.4.3 纵向走动实验

5.2.1 单脉冲 R - V 投影

5.2.2 多脉冲滑动 R - V 投影

5.1 MIMO 穿墙雷达运动目标成像与 FBD 的关系

5.2 单通道中的距离 - 速度投影

5.3 MIMO 穿墙雷达多脉冲联合成像

5.4 实验验证

5.5 本章小结

第 6 章 超宽带 MIMO 雷达墙后微动目标定位与特征提取

6.5.1 基于等相位线的微动信号提取

6.5.2 基于 EEMD 的人体目标微动特征提取

6.5.3 基于多道奇异谱分析的人体目标微动特征提取

6.4.1 墙后目标精确定位

6.4.2 基于约束优化的墙后目标精确定位

6.4.3 实验结果与分析

6.3.1 多目标定位存在的问题

6.3.2 基于回波相关矩阵的多微动目标关联

6.3.3 实验结果与分析

6.2.1 非平稳杂波抑制

6.2.2 低秩和稀疏矩阵分解

6.2.3 实验结果与分析

6.1.1 距离 - 多普勒维微动目标检测

6.1.2 距离 - 慢时间维微动目标检测

6.1.3 实验结果与分析

6.1 平稳杂波环境下的微动人体目标检测

6.2 非平稳杂波环境下微动人体目标检测

6.3 基于回波相关矩阵的多微动目标关联

6.4 墙体参数未知条件下的墙后目标精确定位

6.5 人体目标微动特征提取

6.6 本章小结

参考文献

Chapter 1 Introduction

1.2.1 Preprocessing

1.2.2 Through - the - wall imaging

1.2.3 Clutter suppression

1.2.4 Target feature extraction

1.1 Basic concepts

1.2 Main signal processing technologies

1.3 Difficulties and challenges

Chapter 2 RF interference suppression of ultra - wideband through - the - wall radar

2.2.1 Differences between RFI and moving targets

2.2.2 Minimum statistics

2.1.1 Target signal model

2.1.2 RFI signal model

2.1.3 The influence of RFI

2.1 Echo model of ultra - wideband through - the - wall radar<