[发明专利]一种超宽带FMCW穿墙雷达的多目标成像方法

说明书

本发明提供了一种超宽带FMCW穿墙雷达的多目标成像方法，使用软件方法对收发天线间的耦合进行抑制，通过基于背景估计的杂波去除，改善了FMCW穿墙雷达应用中收发天线耦合严重导致近距离目标无法识别的问题，同时该算法计算复杂度较低，能够在使用小型MIMO天线阵和较少计算量的情况下得到高分辨、实时性的穿墙多目标成像结果，为小型化FMCW穿墙雷达的实时高精度成像提供了有效技术支持。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及一种超宽带FMCW穿墙雷达的多目标成像方法。

背景技术

无论是涉及国家安全的军事用途或是测距、防撞等民用技术领域都离不开作为核心部件的雷达传感器系统。近年来随着元器件水平的不断提升，电路设计、天线设计等相关技术日益突破和成熟，超宽带雷达在军事、安防、家居、救援、健康管理等领域得到了广泛的应用。

超宽带雷达相较于毫米波雷达，最大的优势在于穿透性强，不仅仅可以用在充满雾，烟，灰尘等低能见度的环境中，而且也可以穿透钢筋混凝土墙等大型障碍物。但是受限于天线阵体积，射频前端的复杂度，还有成像精度，超宽带成像雷达一直没有被广泛的开发和应用。

目前的超宽带雷达多采用脉冲体制和步进频体制，超宽带脉冲雷达可以实现较高的空间分辨率，但会受到脉冲宽度和雷达信号峰值强度的限制；步进频连续波(SFCW)雷达广泛应用于穿墙研究，它可以利用较窄的瞬时带宽实现较大的系统带宽，从而获得更好的距离分辨率。与FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave,调频连续波)雷达相比，SFCW雷达的缺点是锁相环(PLL)获得各频率的锁定需要稳定时间，增加了硬件复杂度。

雷达成像分辨率的提高，就是距离向和方位向两个维度分辨率的提高，目前距离向分辨率的提高可以通过提高发射信号带宽、匹配滤波等方法实现。由于方位向上的匹配滤波难以实现，因此方位向分辨率的提高相比距离向要困难许多，MIMO(Multi-InputMulti-Output，多输入多输出)天线阵列的扩大会导致成本和雷达尺寸的大幅提升，而超分辨算法对计算量的要求过大会造成雷达系统实时性变差，如何实现精度高，实时性好的多目标成像方法依然是穿墙雷达领域亟待解决的一个难题。

目前常见的穿墙雷达成像BP算法利用“延时-求和”的思想，将成像区域划分为相同尺寸的像素点，首先将成像区域在横向距离和纵向距离上划分成同样大小的网格，依次计算每个像素点的时延，最后将每个像素点对应的回波时延相干叠加，该算法可以应用于多种架构的天线而不受阵列形式的影响，但是BP算法是一种逐点成像的雷达算法，其运算数据量较大，存在冗余现象，这直接导致了计算效率的低下，难以实现实时成像。

FMCW雷达的设计难点是对于收发天线隔离度要求较高，这会造成一个难以解决的问题：信号泄露。信号泄露的功率往往高于被测目标返回信号的功率，如果近距离存在小目标，会造成目标难以探测到，FMCW雷达在近距离目标探测的优势会大大减弱。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种超宽带FMCW穿墙雷达的多目标成像方法，保证小尺寸MIMO天线阵的同时使用软件方法抑制了信号泄露造成的影响并使用较小运算量实现了高精度、实时性的穿墙雷达多目标成像。

一种超宽带FMCW穿墙雷达的多目标成像方法，包括：

第一步、接收FMCW雷达的原始回波数据：

确定FMCW雷达系统参数，接收各天线原始回波数据，形成原始回波数据矩阵M_N×M：

其中，N为虚拟MIMO阵列阵元数，M为采样快拍数,M_N×M的第n行、第m列表示第n个天线接收到的第m个采样点的数据，n＝1,2,...,N,m＝1,2,...,M；

假设回波数据包含H个目标，则矩阵M_N×M中任意一列的第m个采样点的数学表达式为：