【正文】 6 月 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得中國地質(zhì)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 由于采用了波形分集技術(shù)，與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)相比， MIMO雷達(dá)具備多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)， 如突破陣元間距半波長限制、提高角度分辨率、提高系統(tǒng)自由度等。 探地雷達(dá) ................................................................................................... 1 發(fā)展概況 ............................................................................................... 1 基本原理 ............................................................................................... 2 167。 小結(jié) ........................................................................................................ 14 第四章 數(shù)據(jù)處理 ................................................................................................ 15 167。 1974年， Procello用探地雷達(dá)研究月球的表面結(jié)構(gòu)， Unbterberger探測了冰山和冰川的厚度， Annan等許多學(xué)者進(jìn)行了大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究工作，奠定了這一技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。因此，要尋求探地雷達(dá)技術(shù)的新發(fā)展， 比較理想的方法是從根本上改變探地雷達(dá)的探測和解釋方法，避開傳統(tǒng) 2 雷達(dá)探測和解釋方法中存在的那些本質(zhì)的、無法改變和解決的問題。 SIAR 是為了解決雷達(dá)探測隱身目標(biāo)并提高抗反輻射導(dǎo)彈能力提出的。通信 MIMO技術(shù)指 在發(fā)射端、接收端分別使用多個發(fā)射天線、接收天線，信號通過發(fā)射端、接收端的多個天線傳送和接收，以改善用戶得到的服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)會議文獻(xiàn)中的 MIMO雷達(dá)概念模型 (如圖 122)，可以總結(jié)出 MIMO雷達(dá)概念的基本構(gòu)成（如圖 123）。為得到統(tǒng)計獨(dú)立的目標(biāo)回波，可將發(fā)射天線陣、接收天線陣，或收發(fā)天線陣同時在空間分布式配置來對目標(biāo)形成空間分集。 MIMO雷達(dá)采用這種波形分集技術(shù)，從而具 有傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，包括突破陣元間距半波長限制、較高的系統(tǒng)自由度以及空間全覆蓋特性等。 MIMO 雷達(dá)成像劃歸于二者兼有的成像技術(shù)。韓興斌等研究了基于 MIMO雷達(dá)體制的分布式多通道雷達(dá)成像問題，對多通道雷達(dá)的空間譜域支撐區(qū)分布情況進(jìn)行了描述，對MIMO雷達(dá)的成像性能和陣元位置誤差進(jìn)行了分析，針對簡單的收發(fā)陣列共直線排布構(gòu)建了MIMO雷達(dá)二維成像模型，分別利用寬帶發(fā)射信號和 MIMO陣列實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動目標(biāo)的單次“快拍”成像。 圖 21 MIMO雷達(dá)陣列結(jié)構(gòu) 8 圖 22 MIMO雷達(dá)接收機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè) NT， NR分別為發(fā)射陣列和接收陣列的陣元位置矢量： () () 其中，（ i=1,2， … ， NT）為第 i個發(fā)射陣元在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。 9 圖 23 MIMO虛擬陣列 發(fā)射波形 正交發(fā)射波形關(guān)系到 MIMO雷達(dá)能否實(shí)現(xiàn)通道分離，并對虛擬陣列的角度分辨能力、目標(biāo)的距離和多普勒分辨能力都有一定的影響。 信號模型 設(shè)第 i個發(fā)射陣元的發(fā)射信號為，為基帶波形，為載頻。而后根據(jù)相位中心近似原理，進(jìn)行了 MIMO雷達(dá)天線陣列設(shè)計，進(jìn)而基于均勻等效線陣處理提出了 MIMO 雷達(dá) UELARM 算法。 引言 GprMax是由 Antonis Giannopoulos教授研發(fā)的，以 FDTD（時域有限差分）為基礎(chǔ)的探地雷達(dá)正演模擬工具，其中， GprMax2D用于二維探地雷達(dá)正演模擬， GprMax3D用于探地雷達(dá)三維正演模擬。描述被掃描的模型，就是模型的規(guī)模及掃描的離散步長。 dx_dy: f1 f2 表示 x和 y軸上的偏移量 (如 △ x、 △ y)。 pml_layers:i1。 GPRMAX 模擬探地雷達(dá)二維模型 模擬一個幾何模型：設(shè)土壤為非磁性均勻介質(zhì)，相對介電常數(shù) =，電導(dǎo)率 =；目標(biāo)體是理想導(dǎo)體，埋深為 ，直徑 ；收發(fā)天線位于土壤上方 上；網(wǎng)格大小為 [,]。如果能夠?qū)ο嗫仃嚴(yán)走_(dá)的波束形成和自適應(yīng)處理技術(shù)進(jìn) 行改進(jìn)并將其應(yīng)用于 MIMO雷達(dá)中，則能夠提高目標(biāo)定位的精度和多目標(biāo)分辨能力，而且能夠更有效地抑制雜波和干擾。如合成孔徑成像算法中的 RD（ range Doppler，距離多普勒）算法、 RM（ range migration，距離偏移）算法和 CS（ chirp scaling,線頻調(diào)變標(biāo)）算法等大都不適用于處理多收發(fā)天線陣列結(jié)構(gòu)的回波數(shù)據(jù)。 進(jìn)一步假設(shè) ∈ [0,π]，為保證波束指向?yàn)榈姆较驁D不出現(xiàn)柵瓣，陣元間距應(yīng)滿足： dλ/(1+|cosΦ0|) 或 dλ/(1+|sinθ0|) 故相控陣天線為避免柵瓣常取陣元滿足： d≤λ/2 對方位 φr∈ [0,π]的入射信號矢量 s，波束掃描 輸出為： w 為陣列加權(quán)矢量， w(m)=amexp[jψm]是陣元 m的加權(quán)系數(shù)，其中幅度加權(quán) am抑制旁瓣，ψm=mψ用于補(bǔ)償入射信號程差， M為陣元數(shù)，入射信號矢量 s元素 s(m)=exp[jmψr]，ψ=2πdcosφ/λ， ψr=2πdcosφr/λ。不考慮噪聲和天線輻射方向圖的影響，第 n 個接收陣元的回波信號為： （ 433） 其中 =()為接收陣元的坐標(biāo)，發(fā)射陣元坐標(biāo) =()，是第 q個散射中心的散射系數(shù)， 表示發(fā)射信號從發(fā)射陣元 m經(jīng)散射中心 q到接收陣元 n的傳播時延，可寫為： （ 434） MIMO雷達(dá)的基帶回波信號表示為： （ 435） 對應(yīng)于多觀測通道的輸出結(jié)果，由此，接收端將得到 MN路基帶回波信號。因此， MIMO 雷達(dá)成像的首選處理方法就是不受陣列形式限制的 BP 算法。 21 圖 45 MIMO 雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn) BP 算法的成像處理幾何結(jié)構(gòu) 在球面波輻射接收模型下，像素點(diǎn)（）與收發(fā)天線位置組合（）之間的雙程時延為： （ 4310） 距離壓縮后的 MIMO 雷達(dá)回波數(shù)據(jù)表示為： （ 4311） 標(biāo)準(zhǔn) BP 算法需要對它完成方位向的聚焦處理。多散射點(diǎn)目標(biāo)包括 4個散射點(diǎn)，它們的坐標(biāo)分別為 ( 0. 25 m， 9. 5 m) 、 ( 0. 25 m， 10. 5 m)、 ( 0. 25 m， 9. 5 m)、 ( 0. 25 m， 10. 5 m) 。如果能夠?qū)ο嗫仃嚴(yán)走_(dá)的波束形成及自適應(yīng)處理 技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)用于 MIMO 雷達(dá)中，則能夠提高目標(biāo)定位精度和多目標(biāo)分辨能力，并能夠更有效地抑制雜波和干擾。 (2) 雷達(dá)正演成像的效果圖有待提高。 [5] 姜偉， MIMO雷達(dá)信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究，博士學(xué)位論文，北京理工大學(xué)， 2020年 11月 30日。 [13] 何子述、韓春林、劉波， MIMO雷達(dá)概念及其技術(shù)特點(diǎn)分析，電子學(xué)報， 2020年。 [11] 曾 昭發(fā)、劉四新、王者江、薛建，探地雷達(dá)方法原理與應(yīng)用，北京 : 科學(xué)出版社， 2020年。 [3] 王懷軍、許紅波、陸珉等， MIMO雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用分析，雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)， 2020。由于 MIMO 雷達(dá)成像技術(shù)尚處于起步階段，其技術(shù)本身比較復(fù)雜，尚有許多理論和實(shí)際問題需要進(jìn)一步深入研究： (1) 正交發(fā)射信號及其分選方法設(shè)計。設(shè)定目標(biāo)模型的對應(yīng)參數(shù)，利用 GprMax軟件對目標(biāo)體進(jìn)行二維建模。接收陣列的孔徑長度為 1m，陣元間距為 ，分布于 x軸上的 [ 0. 5 m， 0. 5 m] 區(qū)間；發(fā)射陣列包含 3個發(fā)射陣元，它們的坐標(biāo)分別為 ( 0. 7 m， 0 m) 、 ( 0 m， 0 m) 和 ( 0. 7 m， 0 m) 。圖 ，這只是為了方便繪制 MIMO 雷達(dá)成像處理的幾何結(jié)構(gòu)，并不代表它們之間的實(shí)際分布關(guān)系。當(dāng)像素點(diǎn)與目標(biāo)位置不重合時，式 (438)將無法進(jìn)行相干疊加，從而就可得到目標(biāo)的精確成像結(jié)果。發(fā)射陣元 m的發(fā)射信號為： （ 431） 為載頻，為正交復(fù)包絡(luò)，滿足： , 1=i， j=M （ 432） 理想正交情況下 g(t)為沖激脈沖，但由于通常為一定時寬的時域正交信號， g(t)可以看做是其低旁瓣自相關(guān)函數(shù)，假設(shè)各個發(fā)射信號波形的自相關(guān)函數(shù)形式相同，并忽略互相關(guān)影響。 圖 41 等間距線性陣列示意圖 在窄帶信號條件下，由于 相鄰陣元間對同一遠(yuǎn)場目標(biāo)回波存在線性路程差關(guān)系，因此等間距線陣輸出信號矢量幅度相同，僅存在線性相位差，即入射信號矢量的元素（第 m個陣元接收到的回波信號）為： s(m)=exp[j m] 式中 =2πd cos/ λ（ 假設(shè)共用發(fā)射天線，僅接收單程 ） ， λ為 雷達(dá)波長， M為陣元數(shù)。 MIMO雷達(dá)在數(shù)據(jù)獲取方式上是并行實(shí)現(xiàn)的 , 數(shù)據(jù)觀測通道對應(yīng)于收發(fā)天線陣列的空間卷積 , 而傳統(tǒng)的 SAR（ Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達(dá)）或 ISAR（ Inverse Synthetic Aperture Radar，逆合成孔徑雷達(dá)）一般都基于收發(fā)同置情形以時間順序采集空間數(shù)據(jù)。 引言 第二章中對成像算法做了一個概述，本章主要是詳細(xì)介紹一下其中的兩種算法： BP（反向投影）算法和 DBF（ Digital BeamForming，數(shù)字波束形成）技術(shù)，包括各自的原理及其仿真。 14 要獲得在給定時間特定模型區(qū)域的電磁場信息，用下面的命令： snapshot: i1 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 file1 c1 i1 是全局源位置的計數(shù)器，值在 1和 analysis:第一個參數(shù)值的中間 ， f1 f2是左下角坐標(biāo) ， f3 f4是右下角坐標(biāo) ， f5 f6是 x、 y方向上的取樣間隔 ， f7表示取 snapshot點(diǎn)的時間或 者迭代次數(shù) ， flie1是存儲 snapshot的文件名 ， c1 為 a或者 b表示 snapshot文件為 ASCII或者 BINARY。 messages:c1 控制軟件運(yùn)行時屏幕上的輸出信息。坐標(biāo)原點(diǎn)為（ 0,0），它在模型的 左下角 。輸入文件要包括模型的所有必要信息，文件格式可以是 .txt，每一個有效命令行都以 開頭，否則命令行無效。最后，基于 AR 模型提出了一種譜估計的 MIMO雷達(dá)成像超高旁瓣抑制算法，可以有效改善頻譜缺失情況下成像結(jié)果的旁瓣性能。 結(jié)合 MIMO 雷達(dá)陣列設(shè)計，在 SAR RM算法的基礎(chǔ)上，從空間譜域角度對 MIMO雷達(dá)成像算法進(jìn)行了研究。 信號的互相關(guān)函數(shù)為： （ ） 為提高發(fā)射信號的正交性，