基于相位补偿的矿井超宽带雷达压缩感知成像算法

发布时间：2021-09-22 20:26

　　基于UWB信号的井下探测成像系统中,根据Nyquist采样定理,提高发射信号的带宽以获取高分辨率,将导致大量的采样数据产生,过大的采样率将会在成像系统的硬件实现上带来很大困难。另一方面,在实际成像过程中,成像数据的完整性决定了最后成像结果的准确性,但由于存在不可避免的误差和噪声影响,以及塌方体阻碍下目标的隐蔽性,这些因素都将使得成像目标的回波数据无法满足成像要求。因此,在对目标回波进行成像处理之前,必须对回波数据进行处理,通过相关算法使回波数据满足理想的成像模型,最后聚焦方位向回波信息得到目标成像结果。为了提高穿透塌方体遮蔽目标成像的分辨率,并解决超宽带信号穿透塌方体成像得到方位向回波数据不足的问题,通过对传统的压缩感知成像算法进行分析介绍,结合井下具体成像环境,提出一种基于相位误差估计的CS成像算法对回波数据进行补偿。该算法的核心思想就是通过对回波数据计算得到相位误差,首先对回波信号的稀疏性进行验证,并构建目标信号的测量矩阵,利用CS成像算法对回波数据重构的同时对数据进行补偿,通过反复迭代误差估计,逐渐提高回波数据量和成像的质量。最后通过不同场景的仿真试验,验证所提算法在回波数据补偿... 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(01)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

矿井下超宽带雷达探测成像原理

由雷达成像原理可知，要实现二维平面上的目标定位成像，天线阵列数最低不能少于2个组。井下多采用图2所示的共享式多发多收天线MIMO结构，其中ε0为天线所在空间的介质参数，εrε0为塌方体介质混合参数，收发天线携带UWB信号穿透塌方体障碍物进入到目标体所在空间内，对其进行信息采集，由于其增强信号的收发能力，可更好地实现塌方体下目标的三维成像。集中式MIMO雷达由于采用较为紧凑的阵元空间分布，导致目标的多通道空间采样之间呈现部分相关性，从而限制了系统空间分辨率准确度，影响成像结果。矿井下目标探测成像[14]属于半空间的电磁散射问题，因此需要采用FDTD理论进行全波电磁仿真，天线阵列采样平面位于吸收边界、总场以及散射场边界之中，直接对目标的散射场进行采样。

井下UWB雷达二维成像模型[15]如图3所示。在该模型中，分别形成了天线阵列和成像区域2个不同的区域，从图3可以看出，成像区域在网格化后被划分为K×L个均匀的小的网格，在稀疏性标准下，要求每个成像目标回波的网格对应一个像素点。假设成像过程中的采样数量为M,f0～fN-1为采样周期内的频率变换范围，成像区域的目标点数量为p，发射天线的扫描频点合计为N个，因此，对UWB回波信号在m=1、2、…、M不同位置处进行连续采样，接收天线得到的回波信号Sm见式(1)。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种应用于地下腔体成像的新超宽带成像算法[J]. 姬伟杰,刘平,李杰,韩潇弘毅.  现代导航. 2015(05)
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[3]基于压缩感知的二维联合超分辨ISAR成像算法[J]. 吴敏,邢孟道,张磊.  电子与信息学报. 2014(01)
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[5]压缩传感理论与重构算法[J]. 杨海蓉,张成,丁大为,韦穗.  电子学报. 2011(01)
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[7]煤矿安全生产监控与通信技术[J]. 孙继平.  煤炭学报. 2010(11)
[8]超宽带无线通信技术在煤矿井下的应用探讨[J]. 王艳芬,于洪珍,张申,刘卫东.  工矿自动化. 2005(06)
[9]超宽带无线接入系统在矿井通讯中应用的研究[J]. 郭继坤,孙继平.  煤矿机电. 2004(05)

博士论文
[1]利用稀疏信息的正则化雷达成像理论与方法研究[D]. 杨俊刚.国防科学技术大学 2013



本文编号：3404333