地中レーダ計測における超解像MIMOイメージング法の確立

探地雷达测量超分辨率MIMO成像方法的建立

基本信息

批准号：
16760326
负责人：
三輪空司
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Gunma University (2005)The University of Electro-Communications (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

1.地表型MIMOシステムによる地表面の不均一を考慮した地雷探査システムの開発16年度に開発したMIMO地中レーダシステムにより地雷をターゲットとしたイメージングシステムの検討、特にアンテナアレイの配置について16年度における電磁界シミュレーションで得られた知見を元に実験的な検討を行った。地雷探査のためのMIMOアレイのアンテナとして微小ループアンテナを作成し、実験的にアンテナの傾き角の最適化を行った結果、MIMO配置では送受信パスを含む面内において45度程度すなわちハの字の配置のとき地表面のクラッタと模擬地雷の反射イメージの比(Signal-to-Clutter Ratio)が従来配置よりも5dB程度向上することを明らかにした。また、SIMO配置では送信ループを鉛直方向に向け、受信ループは送信アンテナ方向を向くような直交配置で4db程度の向上が見られることも示した。このSIMO配置では受信アンテナを4素子の円状アレイとすることにより、SCRを10dB程度改善できることも実験的に明らかにした。2.総合評価FDTDシミュレーション等により超解像MIMO-MUSICアルゴリズムに対し、探査可能な埋設管、地雷等の位置、精度について媒質の不均質性を考慮した総合的な評価を行った。結果として、本アルゴリズムにおいて問題となる直達波の除去に関しては、媒質の不均質性が強い場合大きな問題となるが、坑井間計測では媒質の比誘電率の変化が20パーセント程度であれば埋設管の推定が可能であることがわかった。また、地雷探査のように地表といった極めて強い平面的な不均質がある場合、MIMO-MUSIC法を適用するのは困難であることがわかった。これは、送受信アレイによる平面反射体からの散乱ではアンテナ位置により反射点が変わることが原因である。一方、不要な散乱が大きくとも、ターゲットとなる反射体が動いていれば、その反射体のドップラー成分の位相と振幅情報を取り出すことにより超解像的にイメージング可能であることをシミュレーションにより明らかにした。これにより、災害により倒壊した瓦礫等に埋没した生存者の位置を3次元的に推定する新たな手法への展開が期待できると考えられる。

1. 使用地面型 MIMO 系统开发考虑到地表不平坦的地雷探测系统考虑使用 2016 年开发的 MIMO 探地雷达系统瞄准地雷的成像系统，特别是在放置方面。 2016年天线阵列的数量。根据电磁场模拟获得的知识进行了实验研究。通过创建一个小环形天线作为用于地雷探测的 MIMO 阵列的天线，并通过实验优化天线倾角，我们发现 MIMO 布置在包括发射和接收路径的平面上具有约 45 度的角度结果表明，地表杂波与模拟地雷反射图像之间的信号杂波比（signal-to-clutterratio）比传统布局提高了约5dB。还表明，在 SIMO 布置中，发射环路垂直定向且接收环路朝向发射天线的正交布置导致约 4 dB 的改进。实验还证明，采用这种SIMO布置，通过使用四元件圆形阵列作为接收天线，可以将SCR提高约10 dB。 2.综合评价我们利用FDTD模拟等方法对超分辨率MIMO-MUSIC算法进行了综合评价，考虑到介质的异质性，可探测埋地管道、地雷等的位置和精度。因此，当介质高度异质时，消除直达波（这是该算法中的一个问题）就成为一个大问题，但在井间测量中，如果介质的相对介电常数变化约 20% ，很难去除直接波，发现可以估计管子。此外，人们发现，当地表存在极强的平面异质性时，例如地雷勘探时，很难应用MIMO-MUSIC方法。这是因为当发射器/接收器阵列引起平面反射器的散射时，反射点会根据天线位置而变化。另一方面，模拟表明，即使不必要的散射很大，如果目标反射器正在移动，也可以通过提取目标反射器的多普勒分量的相位和幅度信息来进行超分辨率成像。预计这将导致开发一种新方法，用于三维估计埋在灾难废墟中的幸存者的位置。