基于尺度MMSE波束的超宽带穿墙成像方法_晋良念.pdf

第 33 卷 第 3 期 2012 年 3 月 仪 器 仪 表 学 报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol. 33 No. 3 Mar． 2012 收稿日期: 2010-12 Received Date: 2010-12 * 基金项目: 国家自然科学基金( 、广西无线宽带通信与信号处理重点实验室 2011 年度主任基金项目( 11104、11106) 资助 基于尺度 MMSE 波束的超宽带穿墙成像方法* 晋良念1，2，欧阳缮2，肖海林2 ( 1 西安电子科技大学电子工程学院 西安 710071; 2 桂林电子科技大学信息与通信学院 桂林 541004) 摘 要: 与最大化信干噪比波束相比，最小均方误差( minimum mean squared error，MMSE) 波束能够获得更好的信号波形估计， 因此非常适合超宽带穿墙雷达目标成像。通过分析 MMSE 最优权矢量中标量因子和用于旁瓣抑制的相干因子( coherence fac- tor，CF) 之间的关系，建立 MMSE 算法与 CF 加权最小方差无失真响应( minimum variance distortionless response，MVDR) 算法之 间的统一形式，提出尺度 MMSE 算法。考虑到墙体介质的非均匀性、天线定位误差等的影响，给出了最优权矢量中未知参数的 稳健估计方法。最后，利用时域有限差分( finite difference time domain，FDTD) 数值仿真和实验数据分析了不同尺度的成像性 能。结果表明尺度越大，成像质量越好，目标杂波比( target-clutter-ratio，TCR) 提高约 25 dB。 关键词: 穿墙成像; 尺度 MMSE 波束算法; 尺度因子; 分辨率; 对比度 中图分类号: TN957． 51 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 510． 40 Ultrawideband through-the-wall imaging method based on scaled MMSE beamforming Jin Liangnian 1，2，Ouyang Shan2，Xiao Hailin2 ( 1 School of Electronic Engineering，Xidian University，Xi’an 710071，China; 2 School of Information and Communication，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China) Abstract: Compared with maximizing the signal-to-interference-pulse-noise ratio beamforming，minimum mean squared error ( MMSE) beamforming could result in better signal estimation; therefore，it is suitable for ultrawide- band through-the-wall imaging． Through analyzing the relation between the scalar factor of MMSE beamformer weights and the coherence factor ( CF) used for sidelobe suppression，the connection between the minimum variance distortionless response ( MVDR ) beamforming algorithm combined with CF and MMSE beamfoming algorithm is found，and a scaled MMSE beamforming algorithm is proposed． Considering the effect of the wall medium inhomoge- neity，antenna position error and etc，the robust estimation methods of unknown parameters are presented． FDTD numerical simulation data and experimentally measured data are used to demonstrate the effect