基于fdtdir-uwb共焦成像的研究

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1、ClassifiedIndex:TN911U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONIR-UWBCONFOCALIMAGINGBASEDONFDTDCandidate：TianXuanxuanSupervisor：Prof.ZhangNaitongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：

2、ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要IR-UWB（ImpulsedRadio-UltraWideBand，IR-UWB）成像是指以纳秒级窄脉冲信号作为载体，对未知目标进行探测和图形重构的技术。作为成像的探测信号，IR-UWB信号具有穿透能力强、分辨率高、电磁辐射能量低、目标识别能力强、信息携载量大、多径分辨能力强等特点，在穿墙探测、

3、医疗成像等领域具有独特的优势。成像算法的研究是IR-UWB成像系统理论研究的关键，不同的成像算法使系统具有不同的性能。实际应用中，人们不断改进现有的IR-UWB成像算法，满足成像系统的不同性能要求。本文针对传统频域成像算法计算量大、算法复杂度高、性能指标不明确等缺陷，以共焦成像（ConfocalImaging）为切入点，基于时域有限差分（FiniteDifferenceTimeDomain，FDTD）法，充分利用IR-UWB信号在时域分辨率上的天然优势，对其在探测成像方面的应用潜力进行探索和挖掘，搭建了IR-UWB共焦成像的基本系统框架，

4、改进了共焦成像算法，满足实际应用中的不同性能要求。本文开展的主要工作如下：首先，分析了时域有限差分法的基本原理及成像作用。以IR-UWB信号与特定介质目标的相互作用为应用背景，模拟了二维空间中IR-UWB信号的传播特性，并以此作为共焦成像算法的信号激励产生办法。然后，进行了基于实孔径天线阵的IR-UWB点目标成像研究。从目标的散射中心模型出发，对IR-UWB成像系统的探测方式和成像算法进行了深入的研究。以理想点目标为探测对象，以IR-UWB信号、实孔径天线阵列为探测方式，以共焦成像为成像算法，实现了自由空间的二维点目标成像。利用FDTD给

5、出仿真结果，并分析了点目标成像性能指标。最后，进行了基于合成孔径天线阵的IR-UWB轮廓成像研究。分析了传统共焦成像算法在目标轮廓成像结果上的不足，提出了一种目标轮廓检测算法，并结合合成孔径天线阵进行了轮廓成像的机理研究。通过FDTD的性能验证可以看出，该方法相比较传统共焦轮廓像结果，在边界识别的准确率上有较大的提升。关键词：脉冲超宽带；时域有限差分法；共焦成像；目标轮廓检测算法；轮廓像-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIR-UWBimagingtechniquereferstoananosecondnarrowpuls

6、esignalasacarrierfortheunknowntargetdetectionandimagereconstruction.IR-UWBisoneofthemostwidelyusedasadetectingsignalforitsadvantagessuchaspenetratingability,highresolution,lowenergyoftheelectromagneticradiationsignal,targetrecognitioncapability,carryingalargequantityofinf

7、ormation,resolvingmultipathcapability,makingithaveauniqueadvantageforthroughthewalldetection,medicalimagingandotherfields.TheimagingalgorithmisakeyfundationofIR-UWBimagingsystemtheory.Imagingsystemperformanceiscloselydependentontheimagingalgorithms.Inpracticalapplications

8、,peopleconstantlyimprovepresentIR-UWBimagingalgorithmstomeetthedifferentperformancerequirementso