UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

刘新; 阎焜; 杨光耀; 叶盛波; 张群英; 方广有

doi:10.11999/JEIT190356

UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

doi: 10.11999/JEIT190356

刘新^{1, 2},
阎焜^{1, 2},
杨光耀^{1, 2},
叶盛波^1, ,,
张群英¹,
方广有^{1, 2}

1.
中国科学院空天信息创新研究院北京 100094
2.
中国科学院大学北京 100049

基金项目: 科技部重点研发计划 (2017YFF0107700)，国家自然科学基金(61601438)

详细信息

作者简介:
刘新：男，1992年生，博士生，主要研究方向为穿墙雷达系统设计与MIMO阵列信号处理及成像方法

阎焜：男，1993年生，博士生，主要研究方向为分布式雷达系统架构设计与联合定位跟踪算法

杨光耀：男，1993年生，博士生，主要研究方向为超宽带雷达天线和接前端设计与阵列拓扑结构优化

叶盛波：男，1983年生，副研究员，主要研究方向为超宽带雷达系统设计及微波信号处理与成像算法研究

张群英：女，1972年生，研究员，博士生导师，主要研究方向为微波探测技术领域的新方法、新技术及新应用研究，微波成像信号处理与成像方法研究

方广有：男，1963年生，研究员，博士生导师，主要从事超宽带电磁场理论及其工程应用、超宽带雷达成像技术、微波成像新方法和新技术等方面的研究工作

通讯作者:
叶盛波　sbye@mail.ie.ac.cn

中图分类号: TN957.52
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出版历程
- 收稿日期: 2019-05-20
- 修回日期: 2020-02-28
- 网络出版日期: 2020-06-28
- 刊出日期: 2020-09-27

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

Xin LIU^{1, 2},
Kun YAN^{1, 2},
Guangyao YANG^{1, 2},
Shengbo YE^{1
, ,},
Qunying ZHANG¹,
Guangyou FANG^{1, 2}

1.
Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: The National Key R&D Program of China(2017YFF0107700), The National Natural Science Foundation of China (61601438)

摘要

摘要: 该文提出一种适用于超宽带MIMO稀疏阵列的Kirchhoff迁移成像和运动补偿方法。该方法将传统Kirchhoff积分方程引入到MIMO阵列中，并利用后向格林函数替代前向格林函数来解决小阵列大视场的问题。另外，在通过微波开关切换分时复用的方式来采集接收单元回波数据的同时，增加1个参考通道直接采集参考单元的回波信号来估计运动目标的位置变化信息，对MIMO通道的数据进行运动补偿后再进行3D成像，有效避免了因目标运动导致的散焦和成像结果偏移真实位置的问题。
- 穿墙雷达成像 /
- 稀疏阵列 /
- 超宽带 /
- 运动补偿
Abstract: A motion compensation method based on Kirchhoff migration imaging algorithm for MIMO array is proposed. In the method, the traditional Kirchhoff intergral equation is introduced into the MIMO array and the forward Green function is replaced by the backward Green function to solve the problem of the large view field of the small array. The echo signal of the reference unit is directly recieved by adding a reference channel to estimate the position change information of the moving target, while the signal of the receiving units is sampled through the microwave switch time divition multiplexing. Then 3D imaging is performed after motion compensation for the data of the MIMO channel, which avoids effectively the problem of defocusing due to target migration and the deviation of the imaging result from the real position.
- Through-wall radar imaging /
- Sparse array /
- Ultra-wideband /
- Motion compensation

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图 1 自由空间中MIMO成像示意图

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图 2 穿墙情况下MIMO成像示意图

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图 3 3D成像与运动补偿算法流程图

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图 4 MIMO雷达系统框图

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图 5 阵列收发单元分布

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图 6 点扩散函数2维图

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图 7 角反射成像对比结果

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图 8 运动目标回波Bscan图

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图 9 实验室空气中3D成像结果

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图 10 补偿前后目标检测位置与真实位置

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图 11 补偿前后误差分布箱型图

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图 12 实验室空气中3D成像结果

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图 13 补偿前后目标检测位置与真实位置

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图 14 补偿前后误差分布箱型图

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图 15 穿墙情况下3D成像结果

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表 1 MIMO雷达关键参数

参数名称 参数值

中心频率 1 GHz
带宽 1 GHz
码型 Golay互补码
累加次数 16
ADC位数 16 bit
等效采样率 16 GHz
扫描率 2拍/s

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参考文献(15)

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