建筑环境多径信号抑制与利用方法研究

论文摘要

利用透射电磁波和多径反射电磁波对建筑内及建筑拐角隐蔽目标进行检测、定位、成像和跟踪,在城市巷战、反恐维稳、执法抓捕和灾难营救等领域具有重要的应用前景。电磁波在建筑环境中传播时会产生反射、透射、衍射、衰减、色散等复杂物理现象,导致隐蔽目标探测困难,如何在杂乱回波条件下实现对隐蔽目标位置信息的准确获取是国际研究的热点和难点问题。本文围绕城市建筑环境隐蔽目标探测问题,开展建筑环境多径信号抑制与利用方法研究,在多径鬼影抑制、基于多径信号的建筑布局信息获取、基于多径信号的非直视目标定位等方面取得了原创性成果,主要工作与创新点如下:1)提出了基于相似度矩阵的多径抑制方法,通过构造雷达图像中各聚焦区域的相似度矩阵,将多径鬼影与其对应的真实目标进行关联,解决了目标及多径图像重叠时造成的目标丢失问题,实现了多径鬼影的有效抑制。2)提出了基于多成像字典的多径抑制方法,首先,构建了直接传播路径及多径成像字典,分析了基于不同成像字典所得雷达图像特征的相似性及差异性;然后,通过融合多成像字典对应成像结果,实现了建筑场景多目标高质量图像获取。3)提出了基于视角依赖的多径抑制方法,导出了不同阵列探测视角成像结果中同类型多径鬼影的位置分布,通过阵列旋转策略,将多径鬼影在不同视角雷达图像中分离,实现了天线阵列探测视角可变条件下的多径鬼影抑制。4)提出了基于多径信号利用的建筑墙体位置估计方法,利用后墙多径鬼影与真实目标间的几何关系,实现了建筑前墙和后墙内表面位置估计;提出了联合目标与多径跟踪的建筑几何布局估计方法,可在固定雷达探测位置条件下,通过在垂直视角对雷达图像进行跟踪得到目标与多径航迹,结合两者航迹间的关联性,实现建筑布局估计。5)针对单建筑场景,研究了墙角衍射与墙面反射组合路径的传播规律,提出了基于衍射传播时延的非直视目标定位方法,通过提取双程衍射路径和墙角衍射与墙面反射组合路径回波时延差,计算得到拐角隐蔽目标的准确位置;针对L形建筑场景,提出了基于图像区域匹配的非直视目标定位方法,通过对雷达图像各聚焦区域进行匹配关联,实现了拐角隐蔽目标定位。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 主要缩写术语表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 多径鬼影抑制
•     1.2.2 建筑布局信息获取
•     1.2.3 建筑环境非直视目标探测
•   1.3 本文的主要内容和结构安排
• 第二章 基于目标图像特征的多径抑制方法
•   2.1 封闭建筑空间电磁波多径传播模型
•     2.1.1 封闭建筑空间内墙一次多径模型
•     2.1.2 电磁传播路径时延计算方法
•   2.2 基于相似度矩阵的多径抑制方法
•     2.2.1 多径鬼影位置分析及图像预处理
•     2.2.2 基于相似度矩阵的多径抑制算法原理
•     2.2.3 仿真验证
•   2.3 基于多成像字典的多径抑制方法
•     2.3.1 穿墙雷达回波离散化
•     2.3.2 基于多成像字典的多径抑制算法原理
•     2.3.3 仿真与实测验证
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于视角依赖的多径抑制方法
•   3.1 回波信号模型
•   3.2 目标及多径鬼影位置计算方法
•     3.2.1 目标位置计算方法
•     3.2.2 多径鬼影位置计算方法
•   3.3 基于视角依赖的多径抑制方法原理
•     3.3.1 阵列旋转角度选取
•     3.3.2 雷达图像获取
•     3.3.3 图像融合
•   3.4 仿真验证
•     3.4.1 MATLAB仿真结果
•     3.4.2 电磁仿真结果
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于多径信号的建筑布局估计方法
•   4.1 基于多径信号利用的墙体位置估计方法
•     4.1.1 平行墙体环境MIMO穿墙雷达电磁波多径传播模型
•     4.1.2 平行墙体环境MIMO穿墙雷达多径鬼影位置分布
•     4.1.3 基于多径信号利用的墙体位置估计算法原理
•     4.1.4 仿真与实测验证
•   4.2 联合目标与多径跟踪的建筑布局估计方法
•     4.2.1 封闭建筑空间电磁波多径传播模型
•     4.2.2 联合目标与多径跟踪的建筑布局估计算法原理
•     4.2.3 仿真验证
•   4.3 本章小结
• 第五章 基于多径信号的非直视目标定位方法
•   5.1 单建筑场景拐角隐蔽目标定位方法
•     5.1.1 单建筑场景电磁波非直视传播模型
•     5.1.2 单建筑场景电磁波衍射回波强度分布
•     5.1.3 基于衍射传播时延的非直视目标定位方法
•   5.2 L形建筑场景拐角隐蔽目标定位方法
•     5.2.1 L形建筑场景电磁波非直视传播模型
•     5.2.2 L形建筑场景电磁波非直视传播区域划分
•     5.2.3 L形建筑场景拐角隐蔽目标非直视回波强度分布
•     5.2.4 基于图像区域匹配的非直视目标定位方法
•   5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 郭世盛

导师: 崔国龙

关键词: 建筑环境,多径抑制,建筑布局估计,多径信号利用,非直视目标定位

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: TN011.92

总页数: 162

文件大小: 3852K

下载量: 162