手持式穿墻探測(cè)雷達(dá)因?yàn)榉纯?、?zāi)后救援等方面的迫切需要而成為近年來(lái)的一個(gè)研究重點(diǎn),。常見(jiàn)的墻體多為混凝土結(jié)構(gòu)，頻率在1～10GHz范圍內(nèi)的電磁波在穿過(guò)混凝土墻壁時(shí)衰減很小,，其頻率與衰減呈反比關(guān)系,。其中8GHz時(shí)的衰減約為10dB，2GHz時(shí)衰減將下降到5dB以下,。本系統(tǒng)采用了頻譜為0.9～3.6GHz兩個(gè)倍頻程的窄脈沖作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，其相對(duì)帶寬高達(dá)100％,，為超寬帶信號(hào),；絕對(duì)帶寬2.7GHz,，從而使得系統(tǒng)可能達(dá)到0.056m的距離分辨率。同時(shí),，沖激式超寬帶體制還具有頻譜利用率高,、保密性好、抗多徑性能優(yōu)異,、抗干擾能力強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),，特別適合手持式穿墻探測(cè)雷達(dá)的使用。
　　為了實(shí)現(xiàn)穿墻雷達(dá)中動(dòng)目標(biāo)的精確定位,，本文在典型探測(cè)環(huán)境下對(duì)動(dòng)目標(biāo)的回波做出準(zhǔn)確建模,，并結(jié)合有效的雜波抑制方法，創(chuàng)新性地將查找表技術(shù)引入穿墻雷達(dá)應(yīng)用中,，能夠迅速有效地獲得動(dòng)目標(biāo)的位置信息,。
1 系統(tǒng)模型
　　為了增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)的保密性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力,，在超寬帶信號(hào)發(fā)射機(jī)中,，一般多采用PPM調(diào)制方式對(duì)發(fā)射信號(hào)的頻譜加以改善，然后再直接耦合到發(fā)射天線,。發(fā)射信號(hào)可以描述為：
　　
　　其中p(t)為單個(gè)窄脈沖信號(hào),，T_p為信號(hào)的重復(fù)周期，{c_i|i=1,，2,，……N}為偽隨機(jī)碼，N×τ為T(mén)H-PPM調(diào)制時(shí)的最大偏移,，一般取,，τ為窄脈沖寬度，nmodN表示取余,。因?yàn)榇ο到y(tǒng)中PPM調(diào)制只在信號(hào)傳輸過(guò)程中起作用,，所以為了方便討論，這里暫不考慮PPM調(diào)制的影響,，即τ=0,。

　　穿墻雷達(dá)的應(yīng)用環(huán)境如圖1所示，發(fā)射信號(hào)在A點(diǎn)產(chǎn)生反射,、散射和折射,，一部分能量直接返回到天線，一部分能量經(jīng)由地面C點(diǎn)返回,，另一部分能量則被傳送至B點(diǎn),，同樣經(jīng)過(guò)反射、散射和折射,，折射后的能量抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后,，一部分被返回,。從圖1可以看出，雷達(dá)接收到的信號(hào)不僅包括墻壁反(散)射回波,，還包括地面(天花板)反射回波,，這些回波的幅度一般都很大。為了避免接收機(jī)飽和,，需要消除這些反(散)射波的影響,。常采用的方法是在每個(gè)窄脈沖發(fā)射后，天線暫時(shí)關(guān)閉,，稍后再轉(zhuǎn)至接收支路,，相當(dāng)于在回波信號(hào)上加了一個(gè)動(dòng)態(tài)距離門(mén)g(t-T_l)。其中天線關(guān)閉時(shí)間T_l由天線到墻壁的距離以及墻厚,、墻介質(zhì)參數(shù)等決定,。因?yàn)榈孛娣瓷洳ǖ竭_(dá)天線的時(shí)間比墻壁反射波的到達(dá)時(shí)間長(zhǎng)，所以T_l的取值一般大于墻壁的反射時(shí)間,，從而導(dǎo)致墻后一定距離內(nèi)的回波不能被采集到,，產(chǎn)生盲區(qū)。
　　對(duì)于收發(fā)共用天線,，不需要考慮天線之間的耦合效應(yīng),，同時(shí)假設(shè)墻體材料均勻，并且對(duì)信號(hào)的形狀不產(chǎn)生影響,，則第i個(gè)PRT上的雷達(dá)回波可以表示為：
　　
　　式(2)中第一項(xiàng)為動(dòng)目標(biāo)的回波,；a_i為幅度衰減因子，在不同的PRT中變化比較大,；v為動(dòng)目標(biāo)的徑向速度,；C為光速，通常v<可以忽略,。第二項(xiàng)為靜止目標(biāo)回波，擁有固定的幅度衰減因子C,；N(T)為噪聲項(xiàng),。
　　當(dāng)探測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度較低(或者目標(biāo)做勻速運(yùn)動(dòng))時(shí)，超寬帶信號(hào)的PRF很高,，可以取N個(gè)相鄰PRT上回波做脈沖積累,，以消除(2)式中噪聲項(xiàng)的影響；然后將第i次的累積結(jié)果與第i－1次的累積結(jié)果相減,，再取絕對(duì)值,，結(jié)果為：
　　
　　將p(t-ξ)和R(t)做相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)結(jié)果最大時(shí)，t_d=ξ,，即為所求的動(dòng)目標(biāo)回波延時(shí),。變量ξ的下限為T(mén)_l,，上限為門(mén)函數(shù)的寬度與T_l之和,。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，減少運(yùn)算量,，相關(guān)處理可以采用二分的方法,。

2 動(dòng)目標(biāo)的回波建模和定位
　　動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2，其中為目標(biāo)沿雷達(dá)掃描的切向運(yùn)動(dòng),，為目標(biāo)沿法向移動(dòng),。設(shè)起始時(shí)間為0，從圖2中可以看出,，當(dāng)目標(biāo)以均勻速度v沿切向運(yùn)動(dòng)時(shí)：
　　d₁²=d₀²+(v·t)² 　　　　　　　　(4)
　　d₁隨時(shí)間t的變化呈拋物線狀,，當(dāng)目標(biāo)以均勻速度v沿法向運(yùn)動(dòng)時(shí)：
　　d₁=d₀-v·t 　　　　　　　　　　(5)
　　d₁隨時(shí)間t的變化呈直線狀。根據(jù)動(dòng)目標(biāo)徑向距離的變化即可推知其運(yùn)動(dòng)方向,。當(dāng)需要精確的目標(biāo)方位角信息時(shí),，至少需要兩根接收天線" title="接收天線">接收天線，然后利用等距弧線之間的交點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)目標(biāo)的定位,。

　　當(dāng)探測(cè)區(qū)域內(nèi)有多個(gè)動(dòng)目標(biāo)存在時(shí),，可結(jié)合傳統(tǒng)雜波圖的方式進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)無(wú)法取得雜波圖,，或者目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí),，則系統(tǒng)至少需要三根接收天線，消除上述方法可能產(chǎn)生的虛警,。
3 超寬帶穿墻雷達(dá)的參數(shù)和試驗(yàn)環(huán)境
　　試驗(yàn)所用的穿墻雷達(dá)的相關(guān)參數(shù)如下：脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率PRF為10MHz,，即重復(fù)時(shí)間PRT等于100ns；兩根接收天線,，其中一根做收發(fā)兩用,；脈沖積累數(shù)N＝64；發(fā)射信號(hào)為脈沖寬度約500ps的高斯窄脈沖,，幅度為3V,；盲區(qū)寬度為0；動(dòng)態(tài)時(shí)間門(mén)的寬度為39.8ns,，采取等效時(shí)間采樣方法,，采樣步進(jìn)為25ps，所以每個(gè)PRT上的采樣點(diǎn)數(shù)為1592,，對(duì)應(yīng)的有效探測(cè)距離約6m,。
　　試驗(yàn)環(huán)境：如圖2所示，設(shè)成像區(qū)域的左下角為笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)(0，0),，收發(fā)兩用天線的位置為(x₀,，0)，其中,，x₀=1m,，0表示天線緊貼墻壁，另外一個(gè)接收天線的位置為(x₁,，0),，x₁=1.32m。墻體為普通混凝土,，厚約30cm,，介電常數(shù)?著r=4，墻后的成像區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)6m,、寬3m的狹窄甬道,，兩側(cè)為試驗(yàn)臺(tái)，擺滿了各種電子儀器,。

　　試驗(yàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)所得的信號(hào)波形如圖3所示,，圖3(a)為單個(gè)PRT上的回波波形，圖3(b)和圖3(c)為64個(gè)脈沖積累后的回波波形,，圖3(d)為圖3(c)和圖3(a)兩個(gè)回波的對(duì)消結(jié)果,。可以看出該方法能夠比較好地抑制靜止雜波,。將圖3(d)中的回波與模板做相關(guān)處理,，即可求得動(dòng)目標(biāo)的延時(shí)t_d=15ns。
　　當(dāng)分辨率設(shè)置為10cm時(shí),，根據(jù)成像區(qū)域生成圖4中網(wǎng)格所示查找表,。AT1和AT2為兩根接收天線的位置，A,、B,、C為從運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摘錄的三個(gè)點(diǎn)，其中A點(diǎn)到AT1和AT2的延時(shí)相等,，B點(diǎn)到AT2的延時(shí)比到AT1的多1ns,，C點(diǎn)到AT1的延時(shí)比到AT2延時(shí)多1ns?？梢?jiàn)利用查找表的結(jié)果能夠比較準(zhǔn)確地確定目標(biāo)的當(dāng)前位置,。同時(shí)從圖4中可以看到每個(gè)點(diǎn)都包含了幾個(gè)目標(biāo)的可能位置，即前面所說(shuō)的模糊區(qū)域,。因?yàn)樘綔y(cè)目標(biāo)人體本身就占據(jù)若干個(gè)分辨單元,，所以模糊區(qū)一般不會(huì)影響到穿墻雷達(dá)的目標(biāo)觀測(cè)。