时频分析在超宽带散射信号处理中的应用new

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1、第15卷第7期强激光与粒子束Vo1．15，No．72003年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJu1．，2003文章编号：lOOl一4322(2003)07—068905时频分析在超宽带散射信号处理中的应用王运飞，王经瑾，刘国治(1．清华大学粒子技术与辐射成像国家专业实验室，北京100084I2．西北核技术研究所，陕西西安710024)摘要：简要介绍了伪Wigner分布和小波变换信号处理中的分析方法，描述了在超宽带散射信号分析中的应用情况。对一些简单形状的金属散射体的双站背向散射信号作了实际测量。并且用伪Wigner分布和小波分析方法对这些信号进

2、行了时频分析，由此验证了超宽带信号在目标探测和识别方面的优越性。关键词：时频分析；超宽带信号；伪Wigner分布；小波分析；隐身目标中图分类号：TM935．4；TN959．1文献标识码：A用超宽带电磁脉冲进行目标探测、识别或成像是一项有重要意义的研究课题。对于雷达目标，过去经常研究的是被测目标位置和速度探测，但随着雷达探测技术的发展，人们已不满足被测目标的定位测量，而对被测目标的结构细节有更大的兴趣，即目标的识别与成像。超宽带短电磁脉冲对于目标的实时识别或成像，是一种很好的探测工具，因为它能提供更高的距离分辨率L8]。对于目标识别(包括反隐身)而言，目标的谐振信号最能反映目标

3、的形状特征。当用超宽带电磁脉冲探测目标时，目标的谐振信号是隐藏在其散射信号当中的(如背向散射信号或回波信号)。过去，人们常常用标准的频谱分析法从回波信号中抽取目标的谐振信号，比较麻烦且不准确。随着近几年时频分析理论与技术的发展，人们已逐渐使用时频分析方法来处理此类问题u矗]。本文介绍了我们关于金属目标(有限长金属铝柱体，包括开槽的和未开槽的)结构识别的一些实验和数据分析工作，对于隐藏在表层土壤和树林中的目标的散射信号作了重点研究；叙述了应用伪维格纳分布、小波分析于超宽带信号(包括散射信号)处理的情况，给出了在抽取目标谐振信号过程中的应用演示结果。1超宽带散射信号的测量散射信号

4、探测系统由超宽带脉冲信号源、辐射天线(加载TEM喇叭)、接收天线(加载TEM喇叭)、散射体、高速数据记录仪以及若干连接电缆组成L7]。测量场地可以由微波暗室提供。测量时，辐射天线、接收天线和被测目标在同一个水平面内。与一般的散射信号测量(平面入射波及远场接收)相比，我们将采用似近场测量的方法(由于测量场地的限制，在微波暗室中)，发射天线和接收天线均接近于被测散射体。测量内容主要有两项：结构测量，测量方案如表1所示；反隐身测量，测量目标为金属球，覆盖物为三种不同性质的浅表土层和两种树叶。发射天线由亚纳秒脉冲产生器(有两组参数设置)驱动，分别记为PPG和PG500，其脉冲形状如图

5、l所示(在目标的结构测量中，用PG500)。由图l可以看出：这两种激励脉冲的宽度分别为120ps，500ps(半高宽)，其中心频率分别在l300MHz和700MHz左右。发射天线和接收天线都是TEM喇叭天线。所用的数据记录设备是两台高速采样示波器，可测量带宽分别达到3GHz(模拟型)和4GHz(数字型)以上，在重复工作模式下，其探测灵敏度可以达到lmV。在我们的散射信号测量中，要保证每个取样点的时间间隔小于20ps，对于模拟型的高速采样示波器，数据获取窗口为20ns(每个取样点的时间间隔约为20ps)；对于数字型的高速采样示波器，数据获取窗口分别为lOOns和400ns(每个

6、取样点的时间间隔分别为4ps和8ps)。每个获取的波形是256个实测波形的平均。整个数据获取过程由计算机控制，数据处理以及时频分析在小型机上进行。为了能在数据获取窗口内得到比较“干净的”散射数据，要使天线和被测散射体距离地面一定的高度。我们使用低密度聚丙乙烯泡沫块作为天线和散射体的支座，另外，连接天线的同轴电缆的长度也要仔细确定以最大限度地降低对测量信号的影响(最后在数据处理时，要考虑补偿这种影响，包括所用的同轴衰减器、功率分配器的带宽限制影响)。有关超宽带辐射场测量和超宽带散射信号测量的具体方法请参见文献[6，7]。*收稿日期：2002一lO一17l修订日期：2003—01

7、—25基金项目：国家863计划项目资助课题作者简介：王运飞(1953一)，男，研究员，从事高功率超宽带技术研究I西安市69信箱13分箱。69O强激光与粒子束第15卷5432lOl表1散射信号的测量内容及测量布局配置方案Table1Measurementcontentandconfigurationforscatteringsignmtestingright-angledtriangularmeasurementconfiguration(planform)targetsperpendiculartome