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《超宽带穿墙雷达成像的FDTD数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第3期电波科学学报Vol.25,No.32010年6月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEJune,2010文章编号10050388(2010)03056905超宽带穿墙雷达成像的FDTD数值模拟王芳芳张业荣(南京邮电大学电子科学与工程学院,江苏南京210003)摘要研究了超宽带雷达在穿墙探测中的保真度,通过FDTD建模产生精确的穿墙雷达数据,利用后向投影算法对模拟得到的雷达数据进行成像。结果验证:超宽带雷达能准确探
2、测和定位二维房间内的物体。成像算法中必须考虑墙体作用,电磁波在穿墙传播时发生折射、速度的改变、信号的衰减,这些将导致像的散焦、偏移,甚至可能产生虚像。运用迭代方法修正了成像算法中的时间因子,可有效地抑制像的偏移。关键词超宽带雷达;穿墙;时域有限差分;后像投影算法中图分类号TN011文献标志码A1引言入射角都会影响穿墙特性,如果在成像算法中没有大规模城区巷战的发展和武器隐身技术的进步考虑这些,所得到的像会出现不同程度的偏差甚至对雷达的探测性能提出了更高的要求,能对叶簇、地畸变。本文提出了一种简单的迭代方
3、法来寻找折射点,从而找到了折射路线,正确修正了用于后向投影表甚至墙壁、建筑、堡垒等非电磁透明介质屏障进行算法中信号从发射天线到接收天线的传播时间。穿透探测并分析隐蔽目标的雷达已经引起了越来越多的关注。穿墙探测雷达能够穿透非金属墙壁,并文章首先建立了穿墙的物理模型,应用折射定律得到正确的传播路径,第三部分介绍了BP成像对墙壁后面的运动目标进行探测、定位和跟踪。随[24,6,8]算法,第四部分用FDTD数值模拟验证了该着雷达技术的发展,穿墙探测在国防以及民用上得[9]到了广泛的应用[1,45]。系统的正确性,比较了没有
4、考虑墙和考虑墙的成超宽带雷达有三种不同类型:频率调制,频率步像情况。[7]进调制,短脉冲,我们应用的是短脉冲雷达,超宽2电磁波传播物理模型带短脉冲雷达在穿墙成像方面有较大的优势,它的发射时宽为几个纳秒的超宽带信号,相对带宽大于电磁波在穿透墙壁的时候,在墙体和空气的分25%,具有极高的距离向分辨率,同时超宽带信号丰界面上会发生折射,改变了电磁波的传播路径,为了正确地计算传播时间,我们需要找到正确的传播路富的低频分量保证其良好的传输特性和较大的作用距离。径。通过数值计算得到的模拟雷达接收信号经过后信号从发射天线经过墙体传
5、播到目标发生了二次折射,简单的几何证明可知只要天线和目标的位向投影算法可以进行成像,该算法在穿墙成像中同置确定下来,从发射天线到目标的传播距离就确定样可以应用,但是电磁波在穿透墙壁的同时会发生折射、传播速度的改变、信号幅度的衰减。所以必须下来了,而与天线距离墙体的远近没有关系,所以我考虑墙体作用所引起信号传播时间的变化。本文第们考虑最特殊的情况,设天线紧贴墙壁放置。如图1所示,墙体厚度为dw,相对介电常数为二部分计算了该时间偏差并在成像算法中对其进行了补偿。墙的结构、厚度、介电常数、电导率、信号的收稿日期:20090
6、915基金项目:江苏省青蓝工程基金资助联系人:张业荣Email:zhangyr@njupt.edu.cn570电波科学学报第25卷r,在直角坐标系xoy中,发射天线P(px,py),目3成像算法标Q(qx,qy),折射点W(wx,wy)。设矢量F为点W到Q的矢量,如图建立坐标系APB,在该坐标系3.1BP算法下,Q的坐标为V(va,vb),W的坐标为(wa,wb),FFDTD模拟的接收信号数据是离散时间函数的的坐标为(fa,fb),由几何关系可得va=px-qx,vb电场值,每个抽样时间称
7、为一个时间位,后向投影算=py-qy,wb=dw,fa=va-wa,fb=vb-wb法首先计算了从发射天线到成像区域每个网格(像素点)再到接收天线总的往返时间,在模拟数据中找到对应时间的电场幅度,然后对所有信道电场值进行叠加,在目标位置处,信号相干叠加,而在非目标处,信号非相干叠加,最后可得目标成像图。BP算法的具体实现步骤如下:!把整个成像区域划分成网格得到像素点;!对每一个像素点计算从发射天线到该像素点再从本像素点到接收天线的往返时间;!对应某个像素点根据往返时间记录所有接收天线的电场幅度;图1折射模型!
8、对应该像素点对所有记录值进行幅度累加;!对所有的像素点重复b,c,d三个步骤;考虑两种极限情况,假设墙体为空气时,即介设任意像素点的坐标为(xi,yj),像素点的像素电常数为r=1,传播路径为直线PW2V,即假设不为S(xi,yj)N存在折射现象,交点为W2(w2,wb),另外再假设墙S(xi,yj)=∀E(tij(k),k
