基于三维墙体补偿的快速重聚焦算法

作     者：袁玉冰 叶盛波 纪奕才 林波 梁啸 李心慧 刘小军 方广有 罗朝鹏 吕荣其 YUAN Yubing;YE Shengbo;JI Yicai;LIN Bo;LIANG Xiao;LI Xinhui;LIU Xiaojun;FANG Guangyou;LUO Chaopeng;LYU Rongqi

作者机构：中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100094 近地面探测技术重点实验室无锡214035 

出 版 物：《雷达学报（中英文）》 (Journal of Radars)

年 卷 期：2024年第13卷第4期

页      面：822-837页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0705[理学-地理学] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFC3002100) 近地面探测技术重点实验室基金(6142414220710) 

主　　题：超宽带穿墙雷达 调频连续波 闭环干涉校准 三维墙体补偿 快速重聚焦 

摘      要：超宽带穿墙雷达具备穿透墙体的能力,结合多输入多输出(MIMO)技术可以实现墙体后侧隐蔽目标的成像,为建筑物内人员检测和定位提供了丰富的信息。该文基于调频连续波(FMCW)体制下的多发多收超宽带穿墙雷达系统,提出了一种闭环干涉校准方法,校正了由系统内部误差产生的图像散焦。墙体的存在会导致目标成像位置偏离真实位置,该文推导了联合通道和像素点的三维墙体补偿算法,并基于其几何特性,提出快速重聚焦算法。首先去除墙体影响、确定目标存在区域;鉴于区域几何特性,选择适应区域形状的球坐标网格划分;分区域进行局部重聚焦,避免了因电磁波衰减导致成像结果中出现强目标掩盖弱目标的现象,并且球坐标形式的网格划分和局部成像大大缩减了算法耗时。通过仿真分析与实验验证,该文提出的系统校准方法能有效补偿系统误差,快速重聚焦算法可以实现墙后人体多目标三维定位,各维度定位精度优于10 cm,计算效率相对其余算法提升了5倍左右。从目标检测概率方面,所提算法相比其余算法不会出现弱目标的漏检。