超宽带穿墙雷达是一种能够隔墙实现目标探测与定位的新型实时成像雷达系统,它通过发射一种持续时间极短的脉冲穿透非金属墙壁,处理接收到的回波信号,对隐藏在墙后的运动或静止目标进行非入侵式成像及跟踪探测。近年来,因其在城区巷战、反恐斗争和灾害救援等领域的广泛应用而备受关注。本文围绕超宽带穿墙雷达信号处理的关键问题,深入研究了适用于隔墙探测的运动目标实时跟踪定位、成像算法及信号处理显示方法,并针对超宽带穿墙雷达高分辨率成像问题,研究提出了基于SEABED成像算法的超宽带雷达穿墙目标边界估计方法。论文的主要工作和创新性成果如下:　　 (1)在有限的阵列长度范围内,分析雷达的有效带宽,阵列单元个数,排列间距,雷达与目标之间距离等参数对超宽带雷达穿墙成像的距离向和方位向分辨率的影响,探索适用于超宽带穿墙雷达成像应用的天线阵列形式(接收天线数目和排列间距)及穿墙雷达的工作频带,建立超宽带穿墙成像系统模型。　　 (2)研究了传统Kirchhoff迁移算法的基本原理以及基于天线阵列的修正的Kirchhoff成像算法的积分方程式(包括自由空间中修正的Kirchhoff迁移积分方程及其在穿墙成像应用下的新方程式),并对比分析总结了实孔径阵列和合成孔径的优劣及其适用场景;研究分析了MIMO阵列天线的排列方式对雷达成像的影响,并在此基础上给出穿墙探测条件下提高雷达成像质量的最优阵列排列拓扑结构:在人体运动等效为天线阵列运动的思想基础上,提出一种采用实孔径阵列实时方位向运动人体成像算法,估计运动人体在方位向上的平均运动速率并有效提高图像方位向分辨率。　　 (3)分析说明了SEABED成像算法在超宽带穿墙雷达成像应用中的局限性并引出可能的改进方案,基于穿墙雷达系统模型提出了回波时延差关系曲线来消除墙体对传播路径和传播时间的影响,实现对SEABED成像算法的校正,并分别给出收发同置和收发分置系统的SEABED成像算法校正流程图;给出了回波时延差关系曲线的数学表达式及其证明,提出了二维复杂目标边界成像算法及目标边界估计的解析表达式和具体实现步骤;结合回波时延差关系曲线和二维复杂目标边界成像算法给出静止目标直接成像算法,构建了运动目标跟踪系统模型,将人体运动等效为天线移动扫描,提出基于SEABED成像算法的运动目标跟踪成像算法及其实现步骤。　　 (4)研究适用于超宽带穿墙成像应用的MIMO线性虚拟孔径天线配置方案,通过方位向分辨率和旁瓣抑制的分析,比较单发多收阵列与MIMO阵列对成像质量的影响。　　 (5)在运动目标检测中,三种在实际应用中较为有效的背景去除法被引入;在成像算法中,修正的Kirchhoff迁移成像算法以其出色的成像质量而被选择为超宽带穿墙运动目标探测的关键成像算法;在跟踪滤波算法中,一种高效的阈值滤波跟踪算法被引入以实现目标运动轨迹滤波处理,为目标大致运动趋势的判断提供了有力支持。　　 (6)设计了6种不同的实验场景,基于实验数据,提出了适用于超宽带穿墙运动目标成像探测的精简信号处理方法,同时实现运动过程中处于暂时停顿状态的目标图像重建。处理流程嵌入进雷达样机的Visual C++和DirectX编制的实时成像软件中,对目标实时跟踪。