手持式穿墻探測雷達(dá)因?yàn)榉纯?、?zāi)后救援等方面的迫切需要而成為近年來的一個研究重點(diǎn)。常見的墻體多為混凝土結(jié)構(gòu)，頻率在1～10GHz范圍內(nèi)的電磁波在穿過混凝土墻壁時衰減很小，其頻率與衰減呈反比關(guān)系。其中8GHz時的衰減約為10dB，2GHz時衰減將下降到5dB以下。本系統(tǒng)采用了頻譜為0.9～3.6GHz兩個倍頻程的窄脈沖作為雷達(dá)發(fā)射信號，其相對帶寬高達(dá)100％，為超寬帶信號；絕對帶寬2.7GHz，從而使得系統(tǒng)可能達(dá)到0.056m的距離分辨率。同時，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)簡單等優(yōu)點(diǎn)，特別適合手持式穿墻探測雷達(dá)的使用。
　　為了實(shí)現(xiàn)穿墻雷達(dá)中動目標(biāo)的精確定位，本文在典型探測環(huán)境下對動目標(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，在超寬帶信號發(fā)射機(jī)中，一般多采用PPM調(diào)制方式對發(fā)射信號的頻譜加以改善，然后再直接耦合到發(fā)射天線。發(fā)射信號可以描述為：
　　
　　其中p(t)為單個窄脈沖信號，T_p為信號的重復(fù)周期，{c_i|i=1，2，……N}為偽隨機(jī)碼，N×τ為TH-PPM調(diào)制時的最大偏移，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)制只在信號傳輸過程中起作用，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窄脈沖發(fā)射后，天線暫時關(guān)閉，稍后再轉(zhuǎn)至接收支路，相當(dāng)于在回波信號上加了一個動態(tài)距離門g(t-T_l)。其中天線關(guān)閉時間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)天線的時間比墻壁反射波的到達(dá)時間長，所以T_l的取值一般大于墻壁的反射時間，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)，同時假設(shè)墻體材料均勻，并且對信號的形狀不產(chǎn)生影響，則第i個PRT上的雷達(dá)回波可以表示為：
　　
　　式(2)中第一項(xiàng)為動目標(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)探測目標(biāo)的運(yùn)動速度較低(或者目標(biāo)做勻速運(yùn)動)時，超寬帶信號的PRF很高，可以取N個相鄰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，t_d=ξ，即為所求的動目標(biāo)回波延時。變量ξ的下限為T_l，上限為門函數(shù)的寬度與T_l之和。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)實(shí)時性，減少運(yùn)算量，相關(guān)處理可以采用二分的方法。

2 動目標(biāo)的回波建模和定位
　　動目標(biāo)運(yùn)動示意圖如圖2，其中為目標(biāo)沿雷達(dá)掃描的切向運(yùn)動，為目標(biāo)沿法向移動。設(shè)起始時間為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)動時：
　　d₁²=d₀²+(v·t)² 　　　　　　　　(4)
　　d₁隨時間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)動時：
　　d₁=d₀-v·t 　　　　　　　　　　(5)
　　d₁隨時間t的變化呈直線狀。根據(jù)動目標(biāo)徑向距離的變化即可推知其運(yùn)動方向。當(dāng)需要精確的目標(biāo)方位角信息時，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)對動目標(biāo)的定位。

　　當(dāng)探測區(qū)域內(nèi)有多個動目標(biāo)存在時，可結(jié)合傳統(tǒng)雜波圖的方式進(jìn)行檢測。當(dāng)無法取得雜波圖，或者目標(biāo)運(yùn)動速度較高時，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：脈沖信號的重復(fù)頻率PRF為10MHz，即重復(fù)時間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；動態(tài)時間門的寬度為39.8ns，采取等效時間采樣方法，采樣步進(jìn)為25ps，所以每個PRT上的采樣點(diǎn)數(shù)為1592，對應(yīng)的有效探測距離約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L6m、寬3m的狹窄甬道，兩側(cè)為試驗(yàn)臺，擺滿了各種電子儀器。

　　試驗(yàn)中各個環(huán)節(jié)所得的信號波形如圖3所示，圖3(a)為單個PRT上的回波波形，圖3(b)和圖3(c)為64個脈沖積累后的回波波形，圖3(d)為圖3(c)和圖3(a)兩個回波的對消結(jié)果?？梢钥闯鲈摲椒軌虮容^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，即可求得動目標(biāo)的延時t_d=15ns。
　　當(dāng)分辨率設(shè)置為10cm時，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)動過程中摘錄的三個點(diǎn)，其中A點(diǎn)到AT1和AT2的延時相等，B點(diǎn)到AT2的延時比到AT1的多1ns，C點(diǎn)到AT1的延時比到AT2延時多1ns?？梢娎貌檎冶淼慕Y(jié)果能夠比較準(zhǔn)確地確定目標(biāo)的當(dāng)前位置。同時從圖4中可以看到每個點(diǎn)都包含了幾個目標(biāo)的可能位置，即前面所說的模糊區(qū)域。因?yàn)樘綔y目標(biāo)人體本身就占據(jù)若干個分辨單元，所以模糊區(qū)一般不會影響到穿墻雷達(dá)的目標(biāo)觀測。