本發(fā)明涉及雷達成像領域，以沖激脈沖波為研究對象，提出了一種三維穿墻目標成像雷達系統(tǒng)。

背景技術：

沖激脈沖波是指頻率在4～8GHz之間的電磁波，它能穿透一些可見光無法穿透的材料，對人體無損傷。目前已有的雷達成像系統(tǒng)也受到了廣泛的關注，與調頻連續(xù)波雷達相比，脈沖雷達發(fā)射的是連續(xù)波，可為目標檢測提供能量，提高雷達發(fā)射功率，從而提高作用距離，抗干擾能力強，可選擇較寬的脈沖寬度，分辨率也相對較高。

技術實現要素：

本發(fā)明采用的三維穿墻目標成像雷達系統(tǒng)能對場景和目標成像，具有獲取目標信息的能力。三維穿墻成像雷達系統(tǒng)，是指發(fā)射電磁波信號并接收在其范圍內的被觀測物體所反射出回波的裝置。發(fā)射頻率在4～8GHz之間，該波段為厘米波，通過發(fā)射以及接收信號經相應的成像算法對其進行成像，最后在顯示屏上顯示的系統(tǒng)。目前的脈沖波雷達也受到了廣泛的關注。透過可見光無法穿透的(例如墻壁等)觀測生命體，且無盲區(qū)。與X射線成像不同，無電離特性，對人體無損害。所用脈沖為沖激脈沖，脈寬為納秒級，分辨率較高。

本發(fā)明提出了一種穿墻雷達成像系統(tǒng)(系統(tǒng)總體結構圖見說明書附圖1)。該系統(tǒng)由軟件以及硬件兩部分組成，硬件部分包括沖激脈沖產生與控制單元、顯示單元、FPGA脈沖信號控制處理單元、天線、切換器組成。天線分為發(fā)射天線和接收天線1、接收天線2、接收天線3，FPGA脈沖信號控制處理單元分別與沖激脈沖產生與控制單元、切換器、顯示單元連接，接收天線1、接收天線2、接收天線3均與切換器相連，切換器與沖激脈沖產生與控制單元連接，沖激脈沖產生與控制單元通過脈沖功率放大器與發(fā)射天線相連，三維穿墻目標成像雷達系統(tǒng)放置于轉臺上。

沖激脈沖產生與控制單元用于脈沖雷達傳感器的應用實現，回波信號接收后經其中的下變頻器以及放大濾波后送入FPGA脈沖信號控制處理單元進行成像算法，顯示單元用于信號經處理后圖像的顯示，FPGA脈沖信號控制處理單元用于控制接收天線的選取以及對信號進行成像的算法，轉臺用來帶動平臺作勻速運動，天線用于信號的發(fā)射及接收，切換器用于天線的選取。

軟件部分包括主程序以及信號處理程序。主控程序用于天線的接收模式和控制FPGA脈沖信號控制處理單元發(fā)出指令控制采集卡采集信號并對其進行成像算法和圖像校正來重構圖像，再通過FPGA脈沖信號控制處理單元控制顯示器對圖像進行顯示。

進入系統(tǒng)后，主控程序對各個模塊進行初始化，然后設置參數，包括觸發(fā)模式、采集速度、時鐘源和天線的掃描方式。發(fā)射信號后，控制天線接收回波信號并采集，獲取的信號送入FPGA脈沖信號控制處理單元進行算法成像。信號處理程序用于對采集到的信號進行模數轉換，然后經過校正算法及距離、方位向壓縮，得到復圖像

由沖激脈沖產生與控制單元發(fā)射沖激脈沖，經過發(fā)射及接收后，所獲得的信號較弱，通過放大濾波對回波信號進行處理，最終對信號進行采集；FPGA脈沖信號控制處理單元通過控制采集卡采集信號，同時控制顯示單元成像。天線的切換接收以及天線在轉臺上的運動掃描方式，FPGA脈沖信號控制處理單元通過切換器控制天線的接收和轉臺的連續(xù)轉動，天線與物體之間存在相對運動，類似于合成孔徑雷達，從而達到成像的目的。

沖激脈沖產生與控制單元產生沖激脈沖，天線置于轉動平臺上，FPGA脈沖信號控制處理單元控制轉臺的轉動，同時控制切換器來選取天線來接收生命體反射出來的回波。根據多普勒效應，物體輻射的波長因為波源和該被測的生命體在進行生命活動時所產生的細小運動之間存在相對運動而產生變化，導致接收到的回波有所差異。而該智能傳感器只能實行一發(fā)一收，無法對被測物體進行成像。因此使用FPGA脈沖信號控制處理單元通過控制切換器選取接收天線，達到一發(fā)三收的效果，將其定位。獲取得信號往往都比較弱，不易于采集，因此需要將信號通過下變頻器降低頻率，然后經放大濾波，由FPGA脈沖信號控制處理單元控制采集，最后經過信號處理、成像算法和校正處理，在顯示器上顯示出來。

附圖說明

圖1為三維穿墻目標成像雷達系統(tǒng)總體結構圖。

圖2為天線分布圖。

圖3為轉臺示意圖。

圖4為系統(tǒng)總體結構流程框圖。

圖5為主控程序流程框圖。

圖6為信號處理程序框圖。

具體實施方式

本發(fā)明中，選取的沖激脈沖頻率為6GHz，波長λ為0.05m，天線的發(fā)射功率為0.1W,天線擺放之間的距離3λ～5λ，防止天線之間出現耦合。發(fā)射天線與沖激脈沖產生與控制單元相連，接收天線以同軸電纜將其與切換器相連；FPGA脈沖信號控制處理單元連接切換器，控制3根接收天線回波的接收。同時，將沖激脈沖產生與控制單元的SPI腳通過導線與其連接在一起。

圖1中，所選FPGA脈沖信號控制處理單元型號為ARTIS-7，該開發(fā)板是一款通用原型設計和測試的工具。功率放大器為放大到2W，切換器為SP3T，本實施所用芯片沖激脈沖產生與控制單元的型號為NVA6201(具體實現過程中類似的功能模塊也適用，不局限于此芯片)，顯示單元顯示圖像。利用同軸電纜連接天線和切換器。如圖2所示，以黑色圓圈代表天線，天線兩兩之間的間距不應太小，此處選取4倍波長，即0.2m，防止天線之間互相干擾。圖3則為轉臺視圖，將三維穿墻目標雷達成像系統(tǒng)置于轉臺上，由轉臺帶動其做勻速往復運動，運動的角度為120度。

天線的掃描方式

將天線的接收部分置于移動平臺上，由轉臺帶動其做勻速運動，天線上的角度小于5°，移動平臺載著天線以與水平方向成60°的夾角及3m每秒的速度勻速往復運動。被測物體將發(fā)射的電磁波反射，天線接收回波。兩根天線接收到的回波可構成兩個圓，通過圓的交點可確定物體在某一平面的位置。加入第三根接收天線后，可將其定位在空間。獲取到的信號通過放大濾波以及算法成像等一系列操作，最終得到圖像，在顯示器上顯示。