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《超寬帶穿墻雷達(dá)成像的FDTD數(shù)值模擬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第25卷第3期電波科學(xué)學(xué)報(bào)Vol.25,No.32010年6月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEJune,2010文章編號(hào)10050388(2010)03056905超寬帶穿墻雷達(dá)成像的FDTD數(shù)值模擬王芳芳張業(yè)榮(南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京210003)摘要研究了超寬帶雷達(dá)在穿墻探測中的保真度,通過FDTD建模產(chǎn)生精確的穿墻雷達(dá)數(shù)據(jù),利用后向投影算法對(duì)模擬得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像。結(jié)果驗(yàn)證:超寬帶雷達(dá)能準(zhǔn)確探
2、測和定位二維房間內(nèi)的物體。成像算法中必須考慮墻體作用,電磁波在穿墻傳播時(shí)發(fā)生折射、速度的改變、信號(hào)的衰減,這些將導(dǎo)致像的散焦、偏移,甚至可能產(chǎn)生虛像。運(yùn)用迭代方法修正了成像算法中的時(shí)間因子,可有效地抑制像的偏移。關(guān)鍵詞超寬帶雷達(dá);穿墻;時(shí)域有限差分;后像投影算法中圖分類號(hào)TN011文獻(xiàn)標(biāo)志碼A1引言入射角都會(huì)影響穿墻特性,如果在成像算法中沒有大規(guī)模城區(qū)巷戰(zhàn)的發(fā)展和武器隱身技術(shù)的進(jìn)步考慮這些,所得到的像會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差甚至對(duì)雷達(dá)的探測性能提出了更高的要求,能對(duì)葉簇、地畸變。本文提出了一種簡單的迭代方
3、法來尋找折射點(diǎn),從而找到了折射路線,正確修正了用于后向投影表甚至墻壁、建筑、堡壘等非電磁透明介質(zhì)屏障進(jìn)行算法中信號(hào)從發(fā)射天線到接收天線的傳播時(shí)間。穿透探測并分析隱蔽目標(biāo)的雷達(dá)已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。穿墻探測雷達(dá)能夠穿透非金屬墻壁,并文章首先建立了穿墻的物理模型,應(yīng)用折射定律得到正確的傳播路徑,第三部分介紹了BP成像對(duì)墻壁后面的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測、定位和跟蹤。隨[24,6,8]算法,第四部分用FDTD數(shù)值模擬驗(yàn)證了該著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展,穿墻探測在國防以及民用上得[9]到了廣泛的應(yīng)用[1,45]。系統(tǒng)的正確性,比較了沒有
4、考慮墻和考慮墻的成超寬帶雷達(dá)有三種不同類型:頻率調(diào)制,頻率步像情況。[7]進(jìn)調(diào)制,短脈沖,我們應(yīng)用的是短脈沖雷達(dá),超寬2電磁波傳播物理模型帶短脈沖雷達(dá)在穿墻成像方面有較大的優(yōu)勢,它的發(fā)射時(shí)寬為幾個(gè)納秒的超寬帶信號(hào),相對(duì)帶寬大于電磁波在穿透墻壁的時(shí)候,在墻體和空氣的分25%,具有極高的距離向分辨率,同時(shí)超寬帶信號(hào)豐界面上會(huì)發(fā)生折射,改變了電磁波的傳播路徑,為了正確地計(jì)算傳播時(shí)間,我們需要找到正確的傳播路富的低頻分量保證其良好的傳輸特性和較大的作用距離。徑。通過數(shù)值計(jì)算得到的模擬雷達(dá)接收信號(hào)經(jīng)過后信號(hào)從發(fā)射天線經(jīng)過墻體傳
5、播到目標(biāo)發(fā)生了二次折射,簡單的幾何證明可知只要天線和目標(biāo)的位向投影算法可以進(jìn)行成像,該算法在穿墻成像中同置確定下來,從發(fā)射天線到目標(biāo)的傳播距離就確定樣可以應(yīng)用,但是電磁波在穿透墻壁的同時(shí)會(huì)發(fā)生折射、傳播速度的改變、信號(hào)幅度的衰減。所以必須下來了,而與天線距離墻體的遠(yuǎn)近沒有關(guān)系,所以我考慮墻體作用所引起信號(hào)傳播時(shí)間的變化。本文第們考慮最特殊的情況,設(shè)天線緊貼墻壁放置。如圖1所示,墻體厚度為dw,相對(duì)介電常數(shù)為二部分計(jì)算了該時(shí)間偏差并在成像算法中對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)償。墻的結(jié)構(gòu)、厚度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、信號(hào)的收稿日期:20090
6、915基金項(xiàng)目:江蘇省青藍(lán)工程基金資助聯(lián)系人:張業(yè)榮Email:zhangyr@njupt.edu.cn570電波科學(xué)學(xué)報(bào)第25卷r,在直角坐標(biāo)系xoy中,發(fā)射天線P(px,py),目3成像算法標(biāo)Q(qx,qy),折射點(diǎn)W(wx,wy)。設(shè)矢量F為點(diǎn)W到Q的矢量,如圖建立坐標(biāo)系A(chǔ)PB,在該坐標(biāo)系3.1BP算法下,Q的坐標(biāo)為V(va,vb),W的坐標(biāo)為(wa,wb),FFDTD模擬的接收信號(hào)數(shù)據(jù)是離散時(shí)間函數(shù)的的坐標(biāo)為(fa,fb),由幾何關(guān)系可得va=px-qx,vb電場值,每個(gè)抽樣時(shí)間稱
7、為一個(gè)時(shí)間位,后向投影算=py-qy,wb=dw,fa=va-wa,fb=vb-wb法首先計(jì)算了從發(fā)射天線到成像區(qū)域每個(gè)網(wǎng)格(像素點(diǎn))再到接收天線總的往返時(shí)間,在模擬數(shù)據(jù)中找到對(duì)應(yīng)時(shí)間的電場幅度,然后對(duì)所有信道電場值進(jìn)行疊加,在目標(biāo)位置處,信號(hào)相干疊加,而在非目標(biāo)處,信號(hào)非相干疊加,最后可得目標(biāo)成像圖。BP算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:!把整個(gè)成像區(qū)域劃分成網(wǎng)格得到像素點(diǎn);!對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)計(jì)算從發(fā)射天線到該像素點(diǎn)再從本像素點(diǎn)到接收天線的往返時(shí)間;!對(duì)應(yīng)某個(gè)像素點(diǎn)根據(jù)往返時(shí)間記錄所有接收天線的電場幅度;圖1折射模型!
8、對(duì)應(yīng)該像素點(diǎn)對(duì)所有記錄值進(jìn)行幅度累加;!對(duì)所有的像素點(diǎn)重復(fù)b,c,d三個(gè)步驟;考慮兩種極限情況,假設(shè)墻體為空氣時(shí),即介設(shè)任意像素點(diǎn)的坐標(biāo)為(xi,yj),像素點(diǎn)的像素電常數(shù)為r=1,傳播路徑為直線PW2V,即假設(shè)不為S(xi,yj)N存在折射現(xiàn)象,交點(diǎn)為W2(w2,wb),另外再假設(shè)墻S(xi,yj)=?E(tij(k),k
