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单通道超宽带雷达人体姿态增量估计技术

雷达学报 2024年

作者：李柯蒙戴永鹏宋勇平周小龙宋永坤金添国防科技大学电子科学学院长沙理工大学计算机与通信工程学院

该文针对光学与雷达传感器融合人体姿态估计研究，基于连续时间微动累积量与姿态增量的物理对应关系，提出了一种单通道超宽带雷达人体姿态增量估计方案。具体来说，通过构造空时分步增量估计网络，采用空域伪3D卷积层与时域膨胀卷积层... 详细信息

该文针对光学与雷达传感器融合人体姿态估计研究，基于连续时间微动累积量与姿态增量的物理对应关系，提出了一种单通道超宽带雷达人体姿态增量估计方案。具体来说，通过构造空时分步增量估计网络，采用空域伪3D卷积层与时域膨胀卷积层分步提取空时微动特征，将其映射为时间段内人体姿态增量，结合光学提供的姿态初值，实现人体三维姿态估计。实测数据结果表明，融合姿态估计在原地动作集取得5.38 cm估计误差，并能够实现一段时间行走动作连续姿态估计。与其他雷达姿态估计对比和消融实验证明了该文方法的优势。

关键词：单通道超宽带雷达人体姿态估计增量估计微动特征连续姿态

基于相位追踪的SAR运动目标高阶距离徙动校正方法

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雷达学报 2024年

作者：杜华贵宋勇平孙晓颖姜南范崇祎陈乐平黄晓涛国防科技大学电子科学学院中南大学自动化学院

距离徙动校正(RCMC)是合成孔径雷达(SAR)实现运动目标参数估计和聚焦成像的关键环节。当目标或平台运动复杂时，传统低阶RCMC方法将不再适用，而现有基于参数化的高阶RCMC方法易存在模型失配和计算复杂度高的问题、现有非参数化方法在... 详细信息

距离徙动校正(RCMC)是合成孔径雷达(SAR)实现运动目标参数估计和聚焦成像的关键环节。当目标或平台运动复杂时，传统低阶RCMC方法将不再适用，而现有基于参数化的高阶RCMC方法易存在模型失配和计算复杂度高的问题、现有非参数化方法在低信噪比下性能也将大幅下降。对此，该文借助扩展卡尔曼滤波(EKF)对造成RCM的相位进行追踪，进而构建RCM补偿函数实现RCMC。所提方法不依赖于RCM的具体模型，追踪得到的相位包含高阶分量，因此可以实现SAR运动目标的高阶RCMC。此外，EKF在进行相位追踪的同时能对信号进行滤波处理，可有效降低所提方法的信噪比(SNR)门限。与传统方法相比，该方法适用性广，计算量适中，且能校正不可忽略的高阶残余距离徙动。该文详细阐释了所提方法的原理及数学模型，并通过多组仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性和优越性。

关键词：合成孔径雷达运动目标成像距离徙动校正扩展卡尔曼滤波相位追踪

面向多目标多用户的雷达通信一体化恒模波形设计

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电子与信息学报 2023年第11期45卷 3821-3829页

作者：朱锦锟金添唐宇航宋勇平刘伟国防科技大学电子科学学院长沙410073

双功能雷达通信一体化系统可以使硬件和频谱资源得到有效利用,是解决当前无线频谱资源紧张问题的一种有效途径。该文针对同时多目标探测与多用户通信场景,以雷达接收回波的信干噪比(SINR)为指标保障雷达的探测性能,采用通信多用户干扰(M... 详细信息

双功能雷达通信一体化系统可以使硬件和频谱资源得到有效利用,是解决当前无线频谱资源紧张问题的一种有效途径。该文针对同时多目标探测与多用户通信场景,以雷达接收回波的信干噪比(SINR)为指标保障雷达的探测性能,采用通信多用户干扰(MUI)作为通信指标保证通信传输性能。与此同时,为保证发射端功率放大器工作在饱和区域,增加了波形恒模的约束条件。该文通过对波形以及滤波器的联合优化,提出了一种在满足通信MUI功率一定的情况下,最大化雷达多目标探测回波最小信干噪比(SINR)的波形设计优化模型。针对此优化问题,采用了交替迭代优化的方法来求解此问题。仿真结果表明,所设计的波形在多目标探测以及多用户通信场景下,通过调整通信MUI功率门限,可以在保证通信MUI功率性能前提下,实现对多目标回波最小SINR的优化。

关键词：雷达通信一体化多输入多输出波形设计恒模

UWB-HA4D-1.0:超宽带雷达人体动作四维成像数据集

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雷达学报 2022年第1期11卷 27-39页

作者：金添宋永坤戴永鹏胡锡坤宋勇平周小龙邱志峰国防科技大学电子科学学院

雷达人体行为感知系统具有穿透探测能力，在安防、救援、医疗等领域具有广泛的应用前景。近年来，深度学习技术的出现促进了雷达传感器在人体行为感知领域的发展，同时对相关数据集的样本规模和丰富性提出了更高的要求。该文公开了一个... 详细信息

雷达人体行为感知系统具有穿透探测能力，在安防、救援、医疗等领域具有广泛的应用前景。近年来，深度学习技术的出现促进了雷达传感器在人体行为感知领域的发展，同时对相关数据集的样本规模和丰富性提出了更高的要求。该文公开了一个超宽带雷达人体动作四维成像数据集，该数据集以超宽带多输入多输出雷达为探测传感器来获取了人体目标的距离-方位-高度-时间四维动作数据，共采集了11个人体目标的2757组动作数据，动作类型包含走路、挥手、打拳等10种常见动作，有穿透探测和不穿透探测的实验场景。该文详细介绍了数据集的系统参数、制作流程、数据分布等信息。同时，基于飞桨平台使用计算机视觉领域应用较多的深度学习算法对该数据集进行人体动作识别实验，实验对比结果可以作为参考，为学者使用该数据集提供技术支撑，方便在此基础上进一步探索研究。

关键词：超宽带雷达四维成像数据集人体动作识别深度学习飞桨平台

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穿墙雷达人体目标探测技术综述

电波科学学报 2020年第4期35卷 486-495页

作者：金添宋勇平国防科技大学电子科学学院长沙410073 空军预警学院雷达士官学校武汉430019

为获知穿墙雷达技术发展脉络以及预测未来可能的发展趋势,对近年来穿墙雷达研究领域中的墙后人体目标探测技术的发展情况进行了梳理.围绕墙后人体目标探测中的微多普勒谱识别、二维运动目标检测,以及三维人体目标高分辨成像等关键技术,... 详细信息

为获知穿墙雷达技术发展脉络以及预测未来可能的发展趋势,对近年来穿墙雷达研究领域中的墙后人体目标探测技术的发展情况进行了梳理.围绕墙后人体目标探测中的微多普勒谱识别、二维运动目标检测,以及三维人体目标高分辨成像等关键技术,对国内外公开发表的相关文献进行了归纳总结.结果表明,穿墙雷达已经在墙后人体目标的生命特征提取、运动行为监测、动作姿态识别等应用领域取得了长足进步.随着相关研究的深入,穿墙雷达系统开始表现出轻型化、小型化、低成本化的特点,而对应的处理算法则向更加智能化方向发展.

关键词：穿墙探测 MIMO雷达人体目标微多普勒谱运动目标检测三维雷达成像

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超宽带雷达建筑物结构稀疏成像

雷达学报（中英文） 2018年第3期7卷 275-284页

作者：金添宋勇平国防科技大学电子科学学院长沙410073

超宽带雷达具备穿透墙体获得建筑物内部结构布局的能力,为建筑物内人员探测定位提供更丰富的信息。传统成像常存在较为严重的旁瓣,而且墙后目标成像位置也会受墙体影响而产生偏移。为提高成像质量,稀疏重构技术被引入穿墙成像领域,但传... 详细信息

超宽带雷达具备穿透墙体获得建筑物内部结构布局的能力,为建筑物内人员探测定位提供更丰富的信息。传统成像常存在较为严重的旁瓣,而且墙后目标成像位置也会受墙体影响而产生偏移。为提高成像质量,稀疏重构技术被引入穿墙成像领域,但传统方法对弱散射目标的重构概率较低。该文提出结合相干因子(Coherence Factor,CF)加权的稀疏重构方法,在稀疏重构提取支撑集的过程中,利用CF增强成像的结果来提高支撑集原子的正确性,降低稀疏重构过程中强散射目标旁瓣的影响,最终提高场景中弱散射目标的重构概率。同时建立了多层墙体位置校正模型,将场景校正放到稀疏重构之后进行,从而以较低的计算复杂度降低墙体定位误差。实测数据处理结果表明,相比于传统的稀疏成像方法,相同的数抽取比例下,该文提出的方法能够有效提高场景中弱散射目标重构概率,并将建筑物内部墙体定位误差降低至10 cm以内。

关键词：超宽带雷达穿墙成像稀疏重构建筑物结构

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低频电磁波建筑物内部结构透视技术研究进展

雷达学报 2021年第3期10卷 342-359页

作者：金添宋勇平崔国龙郭世盛国防科学技术大学电子科学学院空军预警学院雷达士官学校电子科技大学信息与通信工程学院

在进入陌生建筑物内部之前获取其内部结构信息,能够为反恐作战、灾害救援等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。低频电磁波能够穿透常见建筑物材料传播,进而安全、稳定、隐蔽地获取墙后目标信息。利用低频电磁波获取墙后... 详细信息

在进入陌生建筑物内部之前获取其内部结构信息,能够为反恐作战、灾害救援等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。低频电磁波能够穿透常见建筑物材料传播,进而安全、稳定、隐蔽地获取墙后目标信息。利用低频电磁波获取墙后信息因此成为建筑物内部结构透视领域的研究重点。为获知该领域的发展脉络,并预测未来可能的发展趋势,该文对21世纪初以来该领域国内外公开文献进行了归纳总结。相关文献的梳理结果表明,利用低频电磁波进行建筑物内部结构穿透探测的技术目前主要包括3类:基于反射波测量的穿墙雷达成像技术、基于透射波测量的射频层析成像技术、基于多径信号的墙体位置估计技术。这3类技术均已取得一定具有实际意义的研究成果。该文围绕这3类技术所涵盖主要内容的发展历程进行了梳理,主要包括穿墙雷达墙后静止目标成像原理、基于穿墙雷达的建筑物内部结构观测模式、基于穿墙雷达成像的建筑物内部结构重建技术、基于射频层析成像的建筑物内部结构反演技术、基于多径信号的墙体位置估计技术,并以此对该领域的发展趋势进行了探讨。总结近20年以来低频电磁波建筑物内部结构透视技术的发展历程,可以发现建筑物内部结构穿透探测平台已由传统的机载、车载平台转向微型机器人、无人机等新型平台,而对应的建筑物内部结构信息重建方法,则由传统的雷达成像技术,发展成包含图像增强、稀疏重构等在内的多种新型方法。这些结果表明,建筑物内部结构透视技术正朝着系统化、多样化、智能化的方向发展。

关键词：建筑物内部结构穿透探测低频电磁波穿墙雷达雷达成像射频层析成像

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穿墙雷达认知成像技术

穿墙雷达认知成像技术

作者：宋勇平国防科学技术大学

学位级别：硕士

穿墙雷达能够穿透墙壁等障碍物探测墙后的隐蔽目标。由于墙体的存在,墙后动目标面临低信杂比、低信噪比以及鬼影干扰等问题,传统穿墙成像处理方法难以取得理想效果。本文针对基于步进频超宽带信号体制的多发射多接收穿墙雷达提出了认知... 详细信息

穿墙雷达能够穿透墙壁等障碍物探测墙后的隐蔽目标。由于墙体的存在,墙后动目标面临低信杂比、低信噪比以及鬼影干扰等问题,传统穿墙成像处理方法难以取得理想效果。本文针对基于步进频超宽带信号体制的多发射多接收穿墙雷达提出了认知成像处理方法,在传统方法基础上引入环境感知和波形调整两个认知处理环节,校正了传统成像处理结果中墙后目标的位置偏移和散焦,提高了墙后目标的信杂比,抑制了鬼影干扰。本文主要工作如下:1、针对传统成像探测方法存在目标定位误差、图像散焦及鬼影干扰等问题,提出了基于认知雷达理论的穿墙雷达认知成像处理框架。2、建立了扩展穿墙成像模型和相应的环境参数估计方法,考虑了天线阵列与墙面非严格平行的情况,为提高墙后目标成像质量提供支撑。3、提出了基于扩展穿墙成像模型的穿墙成像算法,能够获得墙体坐标系下定位精度高、聚焦质量好的雷达图像。4、基于信杂比曲线建立了穿墙雷达发射波形调整方法,给出基于目标状态检测的信杂比曲线估计方法,实现了优化信杂比和成像效果的兼顾。本文提出的穿墙雷达认知成像处理框架及其环境感知和波形调整方法均利用仿真和实测数据验证了其有效性,为认知成像技术的实用化奠定了基础。

关键词：穿墙雷达认知成像环境参数估计波形调整鬼影抑制

一种新的MIMO线阵穿墙成像模型及其环境参数估计

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电子与信息学报 2014年第12期36卷 2980-2985页

作者：宋勇平金添陆必应周智敏国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073

通过估计墙体厚度及介电常数等环境参数来进行补偿成像是近年来穿墙雷达成像研究领域的热点。为解决传统穿墙成像模型中天线需要严格平行于墙体的限制,以及现有的环境参数估计算法计算效率低,稳健性较差的问题,该文建立了一种新的多发多... 详细信息

通过估计墙体厚度及介电常数等环境参数来进行补偿成像是近年来穿墙雷达成像研究领域的热点。为解决传统穿墙成像模型中天线需要严格平行于墙体的限制,以及现有的环境参数估计算法计算效率低,稳健性较差的问题,该文建立了一种新的多发多收(MIMO)体制穿墙雷达成像模型以适应阵列与墙体位置关系未知的情况,同时根据该模型下墙体前后沿回波路径模型,提出一种仅依赖于墙体回波时延的环境参数估计算法,稳健性高并且运算复杂度低。时域有限差分(FDTD)仿真数据验证了成像模型和环境参数估计算法的有效性。

关键词：穿墙雷达环境参数估计 MIMO线阵