基于Wi-Fi信号的穿墙探测新方法与关键技术研究

The technology of through-the-wall detection has urgent application in urban-warfare, counter-terrorism,security,disaster relief and other areas．As the IEEE standard of wireless LAN,Wi-Fi has been widely developed all the world. The new method of through-the-wall detection utilizing Wi-Fi signal will been studied in this project.With the theoritical and experical researchs, some key technologies is promised to be realized. At first,the Wi-Fi signal format and its characters will be analyzed, then the optimization working parameters of passive detection will be designed;Second,the EM wave propagating mechannism and the scattering character of target will also be studied,consequently the Wi-Fi based signal model of passive detecting will be proposed;Third,the experimental system of passive detection will be constructed and experiments will be carried out with different propagating condition;Forth,the targets dection will be consummated with simulation and experimental data. The following key technologies is promised to be solved: Wi-Fi signal modeling and correction,the abstract of reference signal, suppress of direct arrival wave and clustter,real-time signal processing.This research will lay the foundation for a new through-the-wall radar, has widely foreground in survival,counter-terrorism and security.

穿墙探测在军事侦察、反恐斗争、安防消防、灾害救援等领域具有紧迫的应用需求。Wi-Fi作为IEEE的无线局域网标准，现已在全球获得广泛应用，本项目拟研究一种利用Wi-Fi信号的隔墙动目标无源探测新方法，通过理论与实验研究，突破移动目标信息获取的部分关键技术。主要内容包括：1）分析多种形式Wi-Fi信号结构与特性，并优化设计无源探测参数；2）研究复杂传播环境下的目标探测机理与信号模型；3）建立Wi-Fi无源探测实验平台，开展多种传播条件下的科学实验；4）结合理论模拟与实测数据完善目标检测与定位方法。拟解决的关键技术有：Wi-Fi信号特性与修正、参考信号提纯、直达波及杂波抑制、实时信号处理等。作为传统穿墙探测雷达的一种有益补充，该雷达具有成本低、功率小、覆盖性好、隐蔽性强等优点，项目成果将为发展一种全新的穿墙探测雷达打下良好的理论与技术基础，在救援、反恐和安全等领域具有广阔的应用前景。

项目的背景:.现代社会中，地震、火灾、建筑坍塌、劫持绑架、恐怖活动等紧急事件时有发生，严重威胁着公共及人身财产安全，作为一种非接触式近距离遥感手段，穿墙探测雷达在上述领域具有紧迫的应用需求。WiFi(Wireless Fidelity 802.11)作为IEEE的无线局域网标准，现已在世界范围内获得广泛应用。本项目主要研究一种利用WiFi信号进行动目标隔墙无源探测的新方法，其探测具有低成本、低功率、隐蔽性好、生存能力强等优势。.研究内容: 具体包括如下几个方面：（1）WiFi 信号波形特性分析，并针对模糊函数在距离域与多普勒域的副峰，提出有效的抑制策略。（2）WiFi新体制穿墙雷达电磁传播及探测模型仿真。（3）强直达波及杂波抑制研究，分析强直达波与杂波对雷达测量性能产生影响的原因和规律，探讨时域与频域的杂波相消策略。（4）信号获取实验平台的建立及实验研究。.重要结果、关键数据及其科学意义：.1、提出了WiFi基带复信号模型，并推导了随机信号的模糊函数（AF）表达式，从距离和速度两个方面提出了模糊函数的副峰识别与抑制方法。.2、根据信号特点及探测实际需求，提出一种WiFi信号模糊函数快速计算方法，该方法以 OFDM 符号为处理单元划分快时间和慢时间，计算点数较大时，较采用DFT方法计算模糊函数的速度大大提升。.3、进行了不同直达波恢复方法研究，重点探讨了基于重构的参考信号获取方法，从理论和实测数据两方面对参考信号重构质量及其对探测性能的影响进行了分析。.4、直达波与杂波抑制研究，重点研究了扩展相消系列算法（Extensive Cancellation Algorithm，ECA）算法及其在WiFi外辐射源雷达应用中的改进。.5、对Wi-Fi信号传播特性、人体目标散射进行了分析与建模，建立了改进的人体步态模型，进行了基于人体微动的探测信号建模及分析。.6、研制了多通道WiFi外辐射源雷达探测系统，并进行了单/多站人体目标探测实验。多通道、多站探测实验目前还未见公开报道，我们获取了第一手数据。.7、对实验数据进行了分析与算法完善，为WiFi外辐射源雷达的实际应用提供了参考依据。同时，与当前其他WiFi外辐射源雷达研究不同，本项目多通道探测实验不仅可获取更多目标信息，增强探测能力与性能，同时，对于复杂环境下电磁传播与目标散射机理研究也非常有价值。