Top Banner
Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection T. Thayaparan DRDC Ottaw a Defence R&D Canada – Ottawa Technical Report DRDC Ottawa TR 2013-160 February 2014 N. Nikolova McMaster University
162

Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Mar 02, 2021

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection

T. Thayaparan DRDC Ottawa

Defence R&D Canada – Ottawa

Technical Report DRDC Ottawa TR 2013-160

February 2014

N. NikolovaMcMaster University

Page 2: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan
Page 3: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection

N. Nikolova

McMaster University

T. Thayaparan

Defence Research and Development Canada – Ottawa

Defence Research and Development Canada – OttawaTechnical Report

DRDC Ottawa TR 2013-160

February 2014

Page 4: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

�� ��� ����� �� � ��� �� ���� �� ������ ��������� �� ������� ��������� �� !

�� "� �����# �� ����� �� ���� � ������ ������$�� �� �� �#����� ���������� �� !

Page 5: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Abstract

This project investigated the feasibility of ultra-wideband (UWB) high-resolution radar in the detection of concealed weapons with a focus on weapons hidden un-der clothing. A prototype system was built. The prototype system involved a frequency-sweep test setup using a vector network analyzer. Measurements under realistic conditions (cluttered environment) were carried out at McMaster University where volunteers from the military police participated and carried (unloaded) guns or knives. The preliminary results suggest that microwave radar working in the fre-quency range from 500 MHz up to 5 GHz can indeed uncover the presence of weapons hidden under clothing at a range of about one to two meters. The detection is not strongly dependent on the position of the person or on the clothing. Small objects such as mobile phones and keys do not seem to a4ect significantly the performance.

Résumé

DRDC Ottawa TR 2013-160 i

Le projet a examiné la possibilité d’utiliser un radar à haute résolution à bande ultra-large (UWB) pour détecter des armes dissimulées, en particulier celles cachées sous des vêtements. Un prototype de système a été construit. Il comprenait un montage d’essai à balayage de fréquences utilisant un analyseur de réseaux vectoriels. De plus, des mesures ont été réalisées à l’Université McMaster dans des conditions réalistes (environnement encombré) dans le cadre desquelles des policiers militaires ont délibérément transporté des armes à feu (non chargées) ou des couteaux. Selon les résultats préliminaires, le radar hyperfréquence fonctionnant dans la gamme de fréquences de 500 MHz à 5 GHz permet bel et bien de détecter la présence d’armes cachées sous des vêtements à une distance d’environ un ou deux mètres. La détection ne dépend pas fortement de la position de la personne ni des vêtements. Par ailleurs, les petits objets, comme les téléphones mobiles et les clés, semblent avoir peu d’effet sur les performances.

Page 6: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%��� ���� ���������� ��� '���0-

ii DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 7: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Executive summary

Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for

concealed weapon detection

N. Nikolova, T. Thayaparan� DRDC Ottawa TR 2013-160� Defence Research

and Development Canada – Ottawa� February 2014.

��������� �����(�&� ����� �� � ��������� �������� �� �� ������� �� ���,������ (������� (���� �� '� '��,(��� �� ������ �� � �����- 6 �4��� �������������5��� ��&������ � �� �7����� ����������� �&����'�� ����� ��� ���������(����� ������� ��*��� ��������� �� �� ���� �� '��,(��� ��������� (������-%��������� ��� �� ���������� ���� ���� � �������� ��� ����� �������� ��&�����(����� �� (��0,��� �� ���� �������- %�� �������� ��&���� ��/ ��� �� �������� ���� ����� � �� �������� ������ ��� � ��0� � �������� '���� �� � � ���5�������� �&�� �� '��- *��0,��� �� ������� ��/ ��� ���� � � ���� ��� �� ����0,����� ��� � � ��� (���� �� ��� ����� ������� � �� ����� (�� �������� ��&����-+������� ���� ������� ��&� ���� ���� �� �����,�����&� � ����� ��� ��� �����������&� � ����� � � ������� �'���� � �� �� '�� ' �0��� ��� 0��- ���� ��&���������� � �� �� �� ���������,(�&� � ��,'�� �������� ���� �� ������ �� ��/ ����� ������� � ��0� � �������� �� � �� �������� �� � (�����- %�� '�� ������ �������� ������� (���� ������ ���&�� �������� ����� �� ������� � '���- %�� � ��,'���������� ��� &�� �7�����&�- 6� ����� ���� �� ���� ���� ��� �8����� ������ ��������&�� ����� ����'�� ����� �� ��� ���� (������ (��� ������� �� '��-�����(�&� ����� ��� �������� ����� ��� ���� ��/ �������- *� ��� �� � ������ � ���� �������� �� ��� �� �� ����� �� �� �������� ������ �� �� ��������� �����������-

� ������ 6 ��� '��� ���(� �� �� ��� ��� �������� �9%�� �� � (����� �������������� ���������� �'� �� ������� ����� ��� (���� �� �������� �� �� ��1������� ��� ����� �&� ���������- %�� � ����� �� �� 9%� ������� �����/ �� ��,����� �������� �� �� �'��� � � ������ ����� �� �� ������� ���� �� ���� �������&������� ��� '��0��� ��� �� (��� �� �� � ��� '��- %�� ���0 �� ��� �'��� ��(�� ���&��� �����(�&� ����� ������ ���� '������� �������� �� �� ������� ��'��,(��� ��������� (������- "��&��� �� ���'��� �� �� �� ��,��'������ �� �����, ���� ����������� �� ��� ���� '��� �� �� ����� ����� ��� �� � ���� �� (��� �� ������ �� '��0��� �� &�� (���� ��� �� ������ (�� ��� (��� �� ���� ��������� �0�� �� �� ���������� ��&�������-

*� ������ � ��������� ����� ��� �� ������� �� '��,(��� ��������� (������- 6 ���1�� �� %��� 9��� "/ ���� ����7 :����� ����� �%9"�:�� �� �� ; �������,% �� ����� �;%�� � �7��� �� ���������� �� ����� �� �� ���� �� �7���������

DRDC Ottawa TR 2013-160 iii

Page 8: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

������ ��� �����- %�� ����������� �� ���� (� ������ ��� ���������� �7�������� �������� ��� �� %9"�:� ������� � ���&��� '��� ��� ����- %�� �������������� ������ �� (� ���������� ����- <���� �� ���������� �� �� '��0��� ����� �7����� ���� ������� ���� ������ (��� �� ���� ������- %��� ��� '��������� �� � ����'����� ���- "������ � ��'��� �� �� ���������� �� �� (�������(���� ��� � '� ������� � � '� ������- %��� �� �� ��� �� ' ������ � (��������'���- %��� ��&��&�� ���� ������ �� ���� (����� �� ������� �-�-� 0��&�� �������� �� �� &���� � ��1��- ��� �� �� (������= ���� ������ � � '� ��������' � ����'����� ���� ����� �� ����� � ����&� �� '��0��� �� ���������� ������ (����� ��������� ��- >��� �� ���� �� ����'���� ��� �� (����� ���'����� �������� �� ��������� �� ������ ��� '� ������� � - 6� ���� ��������� ���� ��,���� �� ����=� ������ �� ��������� �� �� �� '��0��� �� ���������� ��� ����&��-%�� ��������� ������ ����� �� � '���� � � ������ ������5��� (���� ���������(����� �� �������� ���� ������� � (����� �� ��- ��� �� ���( �� �� ������� (����� ������� ���� ��?&� +������ ������5��� �� ��� (�� '��0��� ��� ��,��&�� ���� �� %9"�:� ����� ���������-

*� ����� ���������� ��� �� '���� �� ���/ ���,�(��� ���� ������ ������� � �� �� ���/ ��� ����� ���� 2�� ��1 � 2 3�1- %�� ���� ������ (��� �0���� �� ���������� ��&������� (�� �����5��� ����� �� ��- %�� ��� �� � ������ ���� ������ � ����,�4 �������� '�(��� 2� �� � 2� �� ���&��� � 8�������������� � ���� '��,(��� (������ ������ ���� ��� �� ���0 ������� �&��(��� �� (����� �� �'�� ��� ' �� '��-

�������� � %�� ������� ��� �� � ���� �� � ���� �����(�&� ����� ������ ��������� ���� ��� '� ��� ��� / ��0 ��� �����'�� ���� �� ������ ��� (������ �� �� '���������� ���� ���� �������- . ���,������ ����� ��/ ������ (� �� '� �������� �� ���/ ���,�(��� ���� ������ ������� � �� ��� ���������� � �- %����� ������� �� ��� ��� �� ��������� ��� ��� �� �� ��������� ' ���� '��� ��� �� �� '� ��� ��� ��&�� ��������� (���� �� ������ �� �� �����'������-

%��� � � ��� � ������� � ����� �� 6"� �6����������� " �&�������� ��� �����,���������� ����'��� ��� �������� � �&�&�'��� ' ���&����� �����&�� ������� ����������� (������ � � ���� �������- <�� �7������ �����'�� ��� ���� ������������ �� �������� �� � ����� '��'��� �� ��������� (������ �� 6@�� ������&���� �7����,�&� ��&����� (��� ����( ������� ������ � / ��0� �� ����1� ���� ����� ��� ���&������� �� ������ ���������- "�������� 0��(����� �� �� ������� ��� �������� ���������� ������ '����� �������� ���/ � ' ������ (���� (��� ����( / ��0�� ��� '������� �������� ��������-

iv DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 9: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table of contents

.'���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �

�#� �# - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �

@7�� �&� � ���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ���

%�'�� �� ������ - - - - - - - - - - - - - - - - - . . . . . . . . . . . . . . .

9�� �� 5� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

6���� ���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- ��������� *����� ������� )���� 9�� %��� �������� �9%�� - -

-� �����(�&�A���������(�&� ��������� - - - - - - - - - - - - - - - - 2

-�- "����� ���/ ��� ��* ��������� 6�&������ - - - - - - - - B

-�-� *���'��� ��* ��������� 6�&������ - - - - - - - - - - - -

-C ���������(�&� ���*� �������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - �

-! )���(���'��� :���������� ����� ����� - - - - - - - - - - - - - - - 2

� ����'������ �� < ��(�&� @������������ ������D <����'��� ������������� ���� " ���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E

�- "���� ������ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E

�-� " ���� �� :����� "� � ��� ��/ ������� - - - - - - - - - - - - - �

�-C "��� *����� "���� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �!

C :�������� " ���� �� %���� �� �������� (������ "�1�� � �� :��������� :�����1���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C�

C- ��5���� �� *����� "���� �� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C�

C- - :���� *�&� @7������ �:*@� - - - - - - - - - - - - - - - - C�

C- -� @7������ (�� �� )*+ .����� - - - - - - - - - - - - - - C

C-� *����� "�1� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C�

DRDC Ottawa TR 2013-160 v

v

-

Page 10: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

C-C *����� "���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C!

C-! *����� >�������� ��� 6������ *�&� :�����1���� �+���� ��>��� "����� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - CE

C-!- :���� *�&� .���� F �+�������� 6�� �������� - - - - - - - - CB

C-!-� :���� *�&� .���� G ��� H ������(,���� 6�� ��������� - - !C

C-2 *����� :������ �� �� � ��� +�� �+���� ��� ���� - - - - - - !2

C-I ������� "��� ������ ��� %���� :���������� �� <��/ ��� ���%��� ������ .������ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2C

! �������������� ��������� ���� "��� :�������� - - - - - - - - - - - 22

!- ����� ����� @/ ���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22

!-� @������ �����&�,�,%������ :�(�� ����� - - - - - - - - - - - - - 2B

!-�- ��� �� �� �� <������ ������ - - - - - - - - - - - - - - - - - I�

!-�-� ��� �� �� �� <�� ������ ������ - - - - - - - - - - - - - - - IC

!-C .����� 3��� ��� �� ����,��(�� +���(���� ��:+*� - - - - - - - II

!-! ��7�� � %�������� :�(�� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - IJ

!-!- "��� ���� I ������ K2!L - - - - - - - - - - - - - - - - - - - IJ

2 "�� ����� ������ �� �� ������� )���,*���'��� "��� - - - - - - - - E

2- .����� ���������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E

2-� %����,.����� "��� ��� ���� ���� 3 � "���� �� �� >��� "���� EC

2-C %����,.����� "��� ��� ���� ���� 3 � "���� �� �� ��:������� �� 9��� ���������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - EE

2-! 6���� �� �� � ��� +�� �� �� *����� ��������� - - - - - - - - B!

2-2 6���� �� �� *����� �� �� +�� �������� - - - - - - - - - - - - - BE

I <��/ ���,"(��� ���� ������ �� "���� *������ �� :������ - - - - - - - BJ

I- .������ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - J�

I-� ���� ����� "� � - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - J�

vi DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 11: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

I-C 6��� ��� "� � - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - J2

I-! ����������&� ��� �� �� <��/ ���,������ �<�� ���� ������ - JI

I-!- .������,��� <� ���� ������ ��� "��� )���������� JI

I-!-� "��� <� ���� ������ 6�&��&��� *����� � �"���� 3 �� - JI

E "����� :��������� .�������� ��� ��������� +���� ��������� *������������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �C

E- ����� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �C

E-� %��� 9���,"/ ���� ����7,:����� ����� - - - - - - - - - - - - - - �!

E-C ; �������,% �� ����� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �I

E-! +��0��� �� �� �� " ��������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �B

E-2 %���� 6����5����� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �B

E-2- ;,������ �����'� �� �;��� - - - - - - - - - - - - - - - - - �B

E-2-� ��?&� +������ ������5�� ��+�� - - - - - - - - - - - - - - - �J

B ��� �� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �

B- ;,������ �����'� �� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �

B-� ��?&� +������ ������5�� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �I

J ����� ���� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - CC

���������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C2

DRDC Ottawa TR 2013-160 vii

Page 12: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

List of figures

<�� �� D �������1�� ��" �� � ������ �� ���� � � - - - - - - - - - - - - - - �

<�� �� �D > � �� �� @"% ������� ���� KE,BL- - - - - - - - - - - - - - C

<�� �� CD .;@9.=� �(�� ���/ ��� �7��������� �� �- - - - - - - - - - - - !

<�� �� !D .;@9.=� ��� ������ �7��������� �� �- - - - - - - - - - - - - - !

<�� �� 2D %�� '���0 ������� �� �� �<A6< ������ �� �� ����� ��� �*����� �� @"% KE,BL- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I

<�� �� ID @7��������� �� � ��� 9%� � ���� �� KJL- - - - - - - - - - - - - - E

<�� �� ED ��������� �� � �� �� ������,���/ ��� ��������� ���� K EL- - B

<�� �� BD ��������� �� � �� �� (���,'��� ��������� ���� K EL- - - - - �

<�� �� JD ��� C2,3�1 ��������� ��� �'� ������� ��� ����� �� ������/ �� (�� � ��������� (����� K EL- - - - - - - - - - - - - - - C

<�� �� �D ��� ������� ������� ���� ��� ������� �'���� ����� ��D ��������� �����M �'� ��* �������� ����� K�L- - - - - - - - - - - - !

<�� �� D %���� �.� ������ ��� �� � � �� �� +�����J<" ����� �(���� ��� ������� �� ���� ��� �� �� )*+ N�&���� ������D ���� � ���� �'� ������ ���� ��� ������ �� � � � � ������� � ����'�����- 6�� ������� �������� �� ����� O1- :�����1���� ��&������- ������� ���� ������ � ���� �� �����7����� �- - J

<�� �� �D 3����� ��� ��1� �� �'���� (���� '��0,����� ����� ��� �����������D ��� ������� �'� ���� �������� ��� +�����J<"����� �� ��� ��� � ����� ��P� .;!E- - - - - - - - - - - - - - - - �2

<�� �� CD �������1�� ����� �� ������ �� �� ��,��� �,������1���'��0������� ���,1��� @,5��� �� �� � �'����D ������ �� ���� � � QC ��� � ���� �������� �� +�����J<" ����� �� ��� ��� ����� ��P� .;!E- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �I

<�� �� !D ��,��� �,������1��� ��" �� �� � �'����D ������ �� ���� � � Q C��� � ���� �������� �� +�����J<" ����� �� ��� ��� ����� ��P� .;!E- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �I

<�� �� 2D "��� �� <63- ! (��� �� ��,��� ��" �� .;!E- - - - - - - - - �E

viii DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 13: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� ID ��" ���� ��� .;!E ���(��� � ����� ��(,���/ ��� ���0 �� ����,��� ��" � �!2 ��1- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �E

<�� �� ED �������1�� ����� �� ������ �� �� �����,��� �7,������1���'��0������� ���,1��� @,5��� �� �� � �'����D ������ �� ���� � � QC ��� � ���� �������� �� +�����J<" ����� �� ��� ��� ����� ��P� .;!E- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �B

<�� �� BD �����,��� �7,������1��� ��" �� �� � �'����D ������ �� ���� � � QC ��� � ���� �������� �� +�����J<" ����� �� ��� ��� ����� ��P� .;!E- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - �B

<�� �� JD "��� �� <63- J (��� �� �����,��� ��" �� .;!E- - - - - - - - �J

<�� �� ��D %���� ��� ������ ����������� ���� �������� �� ��+�����J<" ����� � �� �� '��D ��� ����� �'� ����� ��� ���'��0- 6� ��� ����� �� ����� (�&� �� ������� ���� �� ���� ��� ��&������� ������1��- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C

<�� �� � D %�� ����� �� ��" ����� � �� �� +���� ����� � �� � (�������/ ��� ����� ����� 2� ��1 � J 3�1�- %�� ����� (�&� ��������� ����� O1 ���� ������� &���� : �� ���� ��� 5��� ��������1�� ����� � - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - CC

<�� �� ��D %�� ������ 6 ��� � ������ ��� ���� ������������ ���������� D��� 6,�������� �'� 6,����� ��� �,����- %�� ����� (�&� �7�������� ����� 1 ��� �� 5��� �� 7,������1��- - - - - - - - - - - - - - - - - C!

<�� �� �CD ��,��� �G,���� ��" �� 6,�������� ���� �-C 3�1 � C 3�1- - - - - C2

<�� �� �!D ��,��� �G,���� ��" �� 6,����� ���� �-C 3�1 � C 3�1- - - - - - - C2

<�� �� �2D ��,��� ��" �� �� 3 ����� ���� �-C 3�1 � C 3�1- - - - - - - - - CI

<�� �� �ID �����,��� ��" �� �� 3 ����� ���� �-C 3�1 � C 3�1- - - - - - - CI

<�� �� �ED %�� ��������� �� �� ����� � (�� ������ � �� ����� (�&�������� ����� 1 ��� �� �'���&���� ����� � (���� �� ��" ����������- %�� :����� &���� : ���(� �� �������� �� ������������ �� &���� ���(� �� @,5��� ������1����- %�� ���� : ������� � �������� �� �� (���� �� ����� :� ��� :C ��� � J�������� ����� 7 ��� R� �������&��- %�� �������� ���� �� �����'���&���� ����� � �� (����� ��� �� � ����� R �� ��� �������������� ���������- .�� ���� ����� ��� �� �� ��� 1���- - - - - CB

DRDC Ottawa TR 2013-160 ix

Page 14: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� �BD ��" �� �� +���� ����� � � : ��������� �� ���� ����� R1�-%�� SH,���= ��" �� ��,������1�� (���� �� SG,���= ��" �������,������1�� (�� ������ � �� ������� (�&� �1,�������������1�� ����� �- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - CJ

<�� �� �JD ��" �� �� +���� ����� � � :� ������ 7�- %�� SH,���= ��" ����,������1�� (���� �� SG,���= ��" �� �����,������1�� (�� ������� �� ������� (�&� �1,������� ������1�� ����� �- - - - - - - - - CJ

<�� �� C�D ��" �� �� +���� ����� � � :C ������ R�- %�� SH,���= ��" ����,������1�� (���� �� SG,���= ��" �� �����,������1�� (�� ������� �� ������� (�&� �1,������� ������1�� ����� �- - - - - - - - - !�

<�� �� C D ��" �� �� +���� ����� � � : ��������� �� ���� ����� R1�-%�� SH,���= ��" �� ��,������1�� (���� �� SG,���= ��" �������,������1�� (�� ������ � �� ������� (�&� �1,�������������1�� ����� �- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !�

<�� �� C�D ��,��� �H,���� ��" �� �� +���� ����� � � �� �����'���&���� ����� : � :� ��� :C ��� � 1,������� (�&� ������1������� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !

<�� �� CCD F,��� ��" �� �� +���� ����� � � �� ���� �'���&���� �����: � :� ��� :C ��� � 1,������� (�&� ������1�� ����� - - - - - - - !

<�� �� C!D ��,��� �G,���� ��" �� �� +���� ����� � � �� �����'���&���� ����� : � :� ��� :C ��� � 1,������� (�&� ������1������� 7- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !�

<�� �� C2D �����,��� �H,���� ��" �� �� +���� ����� � � �� �����'���&���� ����� : � :� ��� :C ��� � 1,������� (�&� ������1������� 7- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !�

<�� �� CID >��������� �� �� ������� (�&�� �� (� �����(,������� �������� �� �� +���� ����� �- %�� ����� (�&���� �������� ���D ��� :7@� �'� :@7- - - - - - - - - - - - - - - - !C

<�� �� CED ���������� �� �� (����� ��,��� ��" (��� � �� ��� ���������� �� ���� �:1@� ��� ���� �� ���� �:7@�- - - - - - - - - - - !!

<�� �� CBD ���������� �� �� (����� ��,��� ��" (��� � �� ��� ���������� �� ���� �:1@7� ��� ���� �� ���� �:@7�- - - - - - - - - - - !!

x DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 15: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� CJD ���������� '�(��� �� ��,��� �H ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� 6� <�>�%��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - - - - - - !I

<�� �� !�D ���������� '�(��� �� �����,��� �G ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� 6� <�>�%��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - - - - - - !E

<�� �� ! D %�� ��,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� ����,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� 6� <�>�%�� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !B

<�� �� !�D %�� �����,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� �������,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� 6�<�>�% �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !B

<�� �� !CD ���������� '�(��� �� ��,��� �H ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� .% %�@"6�@ ��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - - !J

<�� �� !!D ���������� '�(��� �� �����,��� �G ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� .% %�@"6�@ ��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - - !J

<�� �� !2D %�� ��,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� ����,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� .% %�@"6�@ �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2�

<�� �� !ID %�� �����,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� �������,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� .% %�@"6�@ �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2�

<�� �� !ED ���������� '�(��� �� ��,��� �H ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� .% %�@+.�; ��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - 2

<�� �� !BD ���������� '�(��� �� �����,��� �G ���� '��0,������� ��� 5����������� � : �� �� ���� �� �� ��� (�� � (����� .% %�@+.�; ��� �� �� ���� �� � ��� ��� ��� (������- - - - - - - - - 2

<�� �� !JD %�� ��,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� ����,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� .% %�@+.�; �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2�

DRDC Ottawa TR 2013-160 xi

Page 16: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� 2�D %�� �����,��� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� "( ��� �������,��� ����� �� �7����� �� �� ���� �� �� (����� .% %�@+.�; �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2�

<�� �� 2 D �������� ����� �������� ��� ������ �� �����5����� �� ��� �� ������� ��� ��������� �� �� ������� ��� �� ����-%�� ����� �� �� ������� �� �� ������ ������&� � (����� '������� ������� �� �� ��� ��� ������� ���� ��� �� �� ���������&� � �� ������ '�������- %�� ������&� �� �� �����&��������� ������� �� �� ����� ���� ���� � (���� �� '��0���������&��- .�� ���� �� �� '������� �� ������� �� ���� (� ���� �� �� ��������� ������� ���� ��� � ���� ���- %��'��0������� ������ ������ ������� � '������� �� �� ������� ��������� ���� ��� � (���� �� ���� �� ��� ������- %�� ������� ��������� �� �0�� �� �� ����� ��������� ���� �� �� ����- - 2E

<�� �� 2�D �����&�,�,������ ��, ��� �����,��� ��(�� ����� � !�� ��1&��� � ����� (���� �� <������ ������M �� ������ ���� �� -2� -B �+�- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I

<�� �� 2CD �����&�,�,������ ��, ��� �����,��� ��(�� ����� � 3�1 &��� ������ (���� �� <������ ������M �� ������ ���� �� C-� �!-E �+�- - I

<�� �� 2!D ��,��� �� �� �� �+ &��� � ����� (���� �� <������ ������ ����� � ���� &�� ��- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I�

<�� �� 22D �����,��� �� �� �� �+ &��� � ����� (���� �� <������ ������ ����� � ���� &�� ��- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I�

<�� �� 2ID �����&�,�,������ ��, ��� �����,��� ��(�� ����� � !�� ��1&��� � ����� (���� �� ��� 1���M �� ������ ���� �� -2 � -B �+�- IC

<�� �� 2ED �����&�,�,������ ��, ��� �����,��� ��(�� ����� � 3�1&��� � ����� (���� �� ��� 1���M �� ������ ���� �� C-� �!-E �+�- I!

<�� �� 2BD ��,��� �� �� �� �+ &��� � ����� (���� �� ��� 1��� ��� �� � ����&�� ��- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I!

<�� �� 2JD �����,��� �� �� �� �+ &��� � ����� (���� �� ��� 1��� ��� �� ����� &�� ��- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I2

<�� �� I�D 6�� ������ �� �� ������ �:+* �� �� �� &������ �������� ����� ������� � �� ��� ������ ����� (��� �� � � ����� �- - - - IB

xii DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 17: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� I D 9�� �� �� )*+ ������ �������� �� �� ���� ������������� ��� ��� �� �� �������� �������� �� �� ����,��������/ ������ �� �- %�� &�� �� �� �� � '���� ����� � ��� �������&� ������&� �� ��� ���&���� �� �� ����- - - - - - - - - - - E

<�� �� I�D �� �� ���� �� �� )*+ ������ ���� �� ' � �"% ��� �����- E�

<�� �� ICD "�� ����� ����� �� � ����,������ ���� ����� �� � � � ������ �����- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E�

<�� �� I!D %�� ��P����� ���8���� ��� ��/ ���� (��� �� � � �� �� ���������D ��� ����� �� ��� �+�� ��� �'� ����� ��� ��������- - - - - - E!

<�� �� I2D %�� ����������� ���8���� ��� ��/ ���� (��� �� � � �� �� ���������D ��� ����� �� ��� �+�� ��� �'� ����� ��� ��������- - - - - - E2

<�� �� IID %�� ����������� ���8���� ��� ��/ ���� (��� �� � � �� �� ���������D ��� ����� �� ��� �+�� ��� �'� ����� ��� ��������- - - - - - E2

<�� �� IED ����� ��� �� �� � � ����� ��� (��� �� � � �� �� ���� �����- - EI

<�� �� IBD ����� ��� �� �� �����&� � � ����� ��� (��� �� � � �� �� ���������D ��� ���� C�� ��1 � C 3�1M �'� ���� C�� ��1 � 3�1- - EI

<�� �� IJD "�� ����� ����� �� �� ����,������ ���� ����� �� � � �'��0�� ' � ���� ��������� ���' �� �� � �� ��� � � �� "A�- %��������� ���� �� ������� � �� � � �� J�2 �� K��� <�� �� ICL- - EE

<�� �� E�D �� �� ���� �� �� ����,������ ���� ����� �� �� � ��4�������������D ��� ���� C�� ��1 � C 3�1M �'� ���� C�� ��1 � 3�1- EB

<�� �� E D %����������� ��� ������ �� ��� �� �� ����,���������� ����� �� �� � ��4���� ���������- - - - - - - - - - - - - - - - EB

<�� �� E�D %����������� ��� ������,��� �� ��� �� �� ����,���������� ����� �� �� � ��4���� ���������- - - - - - - - - - - - - - - - EJ

<�� �� ECD ����� ����� ��� �� �� ��������� ���' ��� �� ���'���� ���� ��� � �� � ���' �'����� ���� ���D ��� ����� �� ����� ��� ��� M�'� �����&� ����� ��� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - EJ

<�� �� E!D ����� ����� ��� �� �� ��������� ���' ��� �� ���'���� ���� ��� � �� � ���' �'����� ���� ���D ��� ����� �� ����� ��� ��� M�'� �����&� ����� ��� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - B�

DRDC Ottawa TR 2013-160 xiii

Page 18: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� E2D �����,��� ����� ��� �� �� ��������� ���' ��� �� ���'���� ������ � � �� � ���' �'����� ���� ���D ��� ����� �� ����� ��� ���M �'� �����&� ����� ��� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - B�

<�� �� EID �����&� ����� ��� �� �� � �D ��� ���� ���� ������ �� ��������� K��� �2��LM �'� ���� ���� ������ (�� �� ���' ������ ���� �7�� 0��(����� �� �� ���� ��������� �� �� ���������� �� '�� (��� (����� K��� �2I�L- - - - - - - - - - - - - - - - B

<�� �� EED "�� ����� ����� �� �� +���� J<" ����� � '��0�� ' � ������������� ���' �� � � �� "A�- %�� �����&� ������&� �� &�������D � �� 2� �� ��� C�� !�- :���� (�&� �� ������� ���� �� ����- - B

<�� �� EBD ����� ����� �� �� �� +���� J<" ����� � '��0�� ' � ������������� ���' �� � � �� "A�- %�� �����&� ������&� �� &�������D � �� 2� �� ��� C�� !�- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - B2

<�� �� EJD �����,��� ����� �� �� �� +���� J<" ����� � '��0�� ' � ������������� ���' �� � � �� "A�- %�� �����&� ������&� �� &�������D � �� 2� �� ��� C�� !�- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - BI

<�� �� B�D "�� ����� ����� �� �� ����,������ ���� ����� �� � � �'��0�� ' � ����� ���� ��������� ���' �� �� Q !� ��� � � �� "A�-%�� � � �� ��������� �� �� ���� �� �� ���'- - - - - - - - - - - - - BB

<�� �� B D �����,��� ����� ��� �� �� ����� ��������� ���' ��� �� ���'�������� �� � � �� � ���' �'����� ���� ��� (��� �� ����� � �� ���� ���� �� �� ���'D ��� ����� �� ����� ��� ��� M �'� �����&������ ��� ��� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - BB

<�� �� B�D 9�� �� �� )*+ ������ �������� �� �� ���� ������������� ��� ��� �� �� ���/ ���,�(��� ���� ������- - - - - - - J

<�� �� BCD ���� ��� ��P����� �� �+ �� �� )*+ ������ �������� �����'������ �� �� ���- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - J

<�� �� B!D .���������� �� ��������� ��� �����&��� ������� �'��������� ��� �� ��� ���� �� �� �����D ��� �,� ����������� �'�N,N ����������� ��� �,N ����������- - - - - - - - - - - - - - - J�

<�� �� B2D %�� ��P����� ���8���� ��� ��/ ���� (��� �� ��������� ��������&��� ������� ������ �� ����� ���7��� �� C (�,�����������������D �,�� N,N� ��� �,N- - - - - - - - - - - - - - - - - - JC

<�� �� BID :��� �� �� 0���� �(����� �- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - JC

xiv DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 19: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<�� �� BED :��� �� �� ����� � �� "�� "� �� :��2 �(����� ��- - - - - - - - - J!

<�� �� BBD :��� �� �� ����� � �� +��(���� J �� �(����� C� - - - - - - - - J!

<�� �� BJD %�� ��P����� ���8���� ��� (��� ���� �� C ������ �&����� ������ �� �� �,� ����������- - - - - - - - - - - - - - - - JE

<�� �� J�D %�� ����������� ���8���� ��� (��� ���� �� C ������ �&����� ������ �� �� �,� ����������- - - - - - - - - - - - - - - - JE

<�� �� J D )������� �� �� ��P����� ���8���� ��� (��� ���� �� �� C������ �&� ���� ������ �� �� �,� ����������- - - - - - - - - JB

<�� �� J�D )������� �� �� ����������� ���8���� ��� (��� ���� ���� C ������ �&� ���� ������ �� �� �,� ����������- - - - - - JB

<�� �� JCD %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� N,N���������� (��� ���� �������� ���� ��� (�� (����� ��� �� ���� � I� �� �(� ���� �� ������- - - - - - - - - - - - JJ

<�� �� J!D %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� �,����������� (��� ���� �������� ���� ��� (�� (����� ��� �� ���� � I� �� �(� ���� �� ������- - - - - - - - - - - - ��

<�� �� J2D %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� N,����������� (��� ���� �������� ���� ��� (�� (����� ��� �� ���� � I� �� �(� ���� �� ������- - - - - - - - - - - - ��

<�� �� JID %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� N,N ����������(�� ��� ��� ��� (�� ��� ������� (����� � �� ���� �� ������ � I� �� �(� ���� �� ������- ��� ��� � ���0 ���0� ��- �

<�� �� JED %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� �,� ����������(�� ��� ��� ��� (�� ��� ������� (����� � �� ���� �� ������ � I� �� �(� ���� �� ������- ��� ��� � ���0 ���0� ��- �

<�� �� JBD %�� ����������� ���8���� ��� ���� ��� �� �� N,� ����������(�� ��� ��� ��� (�� ��� ������� (����� � �� ���� �� ������ � I� �� �(� ���� �� ������- ��� ��� � ���0 ���0� ��- ��

DRDC Ottawa TR 2013-160 xv

Page 20: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%��� ���� ���������� ��� '���0-

xvi DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 21: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

1 Introduction

�����(�&� ����� �� � ��������� �������� �� �� ������� �� ��������� (�������(���� �� '� '��,(��� �� ������ �� � �����- 6 �4��� �������� �����5��� ��,&������ � �� �7����� ����������� �&����'�� ����� ��� ��������� (����� ����,��� ��*��� ��������� �� �� ���� �� '��,(��� ��������� (������- %������������ �� ���������� ���� ���� � �������� ��� ����� �������� ��&���� �(����� ��(��0,��� �� ���� �������- %�� �������� ��&���� ��/ ��� �� ������� � ��������� � �� �������� ������ ��� � ��0� � �������� '���� �� � � ���5���� ���� �&���� '��- *��0,��� �� ������� ��/ ��� ���� � � ���� ��� �� ����0����� ���� � ��� (���� �� ��� ����� ������� � �� ����� (�� �������� ��&����- +����������� ������� ��&� ���� ���� �� �����,�����&� � ����� ��� ��� ����� ������&� ������ � � ������� �'���� � �� �� '�� ' �0��� ��� 0��- ���� ��&����� ������ �� �� �� ���������,(�&� � ��,'�� �������� ���� �� ������ �� ��/ ��� �� ��,����� � ��0� � �������� �� � �� �������� �� � (�����- %�� '�� ������ �������� ������� (���� ������ ���&�� �������� ����� �� ������� � '���- %�� � ��,'���������� ��� &�� �7�����&�- 6� ����� ���� �� ���� ���� ��� �8����� ������ ��������&�� ����� ����'�� ����� �� ��� ���� (������ (��� ������� �� '��-�����(�&� ����� ��� �������� ����� ��� ���� ��/ �������-

1.1 Concealed Weapon Detection Using Late Time

Response (LTR)

%���� ��� ��&���� ���������� � �� ������� �� ��������� (������ '���� �� �������������D � �����5����� �� �� ������� ����� ��� �� (������ �� �� �����(�&������ �� �� ���,��� ��������� �� �����(�&� ��� ���������R(�&� ��������� ���,'���� (�� ������,���� �� ����� �".��� ��� C� �����&� ���������R(�&� ��������-*� ��&��( ���� ���������� ��� � �����1� ���� ��&������ ��� �����������- %���,�������� �� ���������� ���� ���D � ������� �� �� �������� �� �� @���=� �������5���� �� ������� ��������� ������� ���6�� C� ��� ��&� ������� 5��� ������� !���� ��� ��� �������� �������� 2� �������� �������� ��- �����������&� ��&��(� ����� ���� ��� '� �� �� �� K RCL-

@&�� �� � �� ��� �������� ��� �� ���� ������� ���/ ������� (���� ������ �� ����1�� ����� ��� ����� �&� ���������- � � �� ��� ���������� (�� .;@9. 6��-����� � '� �� 5�� � ��&���� � �������� ���� (���� ��� (���'��� ����� � �7,��� �� �� ��� ���������� �� ��������� (������ K!RIL- .����� �������� ���� (��������� ' �� ���� ��� *�� KE� BL ��� @����� "������ %������������ @"%�- @"%��������� ��&� ��&���� ����� ��� ���� ���� R ����(��� ��� ������ ����������������- "������ ��&��������� �� �� ���,(��� '��� ��� ������� �� KJL- %�� ��,�������� �� �� ���� ����� ����� ������ ���"� � ������� ���/ ������ ��� '�

DRDC Ottawa TR 2013-160 1

Page 22: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 1: �������� �� �� � ���� �� ����� �

��� ����� ' �� �������1�� �(�� ������ � �� ���������� �����R������� ��" ��� ������ K��� <�� �� L-

%�� ��&����� �� �� ������� ����� �� �� �� �� � �� ����� ����������� �-�-� ����� �� ������ �� �� �������� �� ��� �������- %�� ������1����� ��(�&��� ����� �� ������� ���� �� �� �'��� �� �� ������� (�&� � �7��� �� ��������� ��� ����� KJ� �L- 9�0�(���� �� ������1���� �� �� 9%� ������ ������� ����������������� ��� '�� ��,������1�� ��� �����,������1�� �� ��� ��� �� '� �������� ������������ KE�JL-

%�� 9%� ����� �����/ � �� � ���,������� ������� ����� ��� ����R��� (�������� �����'�� ���� K��� <�� �� �L- 6 ���� �� ���� �� �� ����� �� �� ������� �'���-6 ����1�� �� ����� �� �� ���0��� � ������ �'���� (���� ������� ����� ������ 0��(� '���������- 6� ����� ���� � ���0� � �� 9%� �� �� ������- 6 �� (���0��(� �� �� ����R��� ����� ���� ��� �� �� ����� �� �� ������ ������� ������,���� �'� �� ������� �� �� �������� ������- 6� ������� �� ���R��� ���

2 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 23: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 2: ������ �� �� � � ������ ����� ������

�� �� ������ ������� ��������� �� ���(� ������� ����������� ������� �� �������T����� ���U �� �� ��������-

%�� �8����� �� �� 9%� �������� ������� �� ����� �� �� �'��� �� �� ��������������� � ������ �� ������� ����� ��� �� ������ ��� � ������ ��� ��� ������ ����� ��� �� ����� � � ���� ����0� �� ��� � ������ �'�����- 6 �� ��������� �� ������� ����� ��� �� ����� �� ��� '�(��� 2�� ��1 ��� � 3�1- %�� ���������� ��������� ���D � ������R�������� ������5��� K!RILM �� �� ��� ��(��0�KE�BLM C� ���� ���� �7������� ����� KJL- %�� ���� ���� �7������� ����� �"@��(�� ����� ��� ' +� �M ���� ��� �7������ K � �L- %�� 9%� �� � ���� �� ������������ �� ,����� (�� �� ����� ��� 1����- ;��(� ����� ��� 5�� ����1�� � �'������� T�� ��� �����U �� ���� �� ���� ����� ��� 1���� �� �� ,�����- %���� ��9%� �� �� ���������� ���� �� ��������� ��� �������� (�� �� ���'��� ��� ���'���� �� ������- 6� KJL� �� ����� ��� 1���� �� �� 9%� ��� �7����� ���� ����������1�� ������R��R� ����� �:�<� ����� K C� !L-

.;@9. K!RIL ��� ��&������ � �(��,���/ ��� ����� � � (�&� �"<,�*� ����� ���� � ���� �����M ��� <�� �� C ��� <�� �� !- %�� "<,�* ����� ��&��� �� ���/ �������� ���� !2� ��1 � � 3�1- 6 �� ������� ������1�� ��� ���������- 6 �������� ����� ��� �� ! ������ ��� ��7�� � ����� �� � � 2 ���- %�� "<,�*���� ���&���� ������� (�&����� ������- %�� ��&� ��� ���� N�&���� �������' ��&� ���� ��&������ ���� ������ ������ �������- 6� ����� .;@9. ���������'�'��� �� ������� �� � �� V ��� ���'�'��� �� ����� ����� ��� � � V �� ������ �� � ������5�� ������ � ������� T�� ����&�� ��U- 6� �� ���� �� � ������5�� ���� ����� ��� ����&�� ��� �� ��� �� ��� ����(�� '���- %���� ������5��� ���� � '�'���� �� ������ ���������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 3

Page 24: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 3: !�" #� �$�� ��%���� &�������� �����

Figure 4: !�" #� ��� ����� &�������� �����

4 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 25: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

@"% KE�BL ��&������ � ��(R��� ���� (���� �� ���� �� ��� ��� �����- %�� ��� ��������� (���� ��� ������ � ���� �� ���� �� ��&���� � ������ �� ������������ �� ���7�����&�� ����� ��� ���& �� ����� � '� ������� �� �������� �����- 6 ������/ ���� ����R����������� �������- 6������ @"% ��� � ��/ ���� �� ���� ������(�� � �����&�� (��� � ��� ��� � ����� � ��� �������� (�� � 57�� ���/ ���-%��� ���/ ��� �� ������ ��� �� �� ������� '��� ���� J-2� 3�1 � �-22 3�1-%���� ��� �2I � �� ���� �� � ������� ���� �����- %�� �����&�� ��� � '���(��� ����&���� � ����� ����,���1- >�� ������� ���� ����� �0�� ��&���� �������������(���� �� �� �4�� ����R���- %�� ���� �� ����� T����� ��� �*U ������ (������P��� �� ��� �� �� ��� � ����� �� �� �������� � ��� �� ���� �������� ��� ����� ��� �� �� ������ � �� ���� ��� '��0- . ����1����� ������1�� ������ ���������� ��� �� ��� � ������ ' '�� ����1���� ���,������1��� ��� &������������,������1��� ������� ��� ������ ��� �� (� ������� ������1�� �� �������- .�� ��� �� �� �2I ���� ������� � ���/ ���R������ �������� �� ������� (���� ����� ���������� ��� � ���R������ (�&����� ���� �����,F ��������- %�� ���,������ �������� �� ��������� ���� � ������ �� ��� ��(��0- @7������ ������������� ������� (�� �� � � V ��� ��� � �� V- %�� �������� ����� �� J � 2 ���- %��'���0 ������� �� �� �<A6< ������ �� �� ����� ��� �* ����� �� @"% �� ���(� ��<�� �� 2- %�� ������� ��� ���� �����-

9%� ���� �����5����� &�� �� "@� ��� '��� � ���� �� �� ����7 �� ���������(����� ������� �� KJL- %�� ���� ������ �� �� ���� �������M ��� <�� �� I-N���� ��(��0 ����1�� �N�.� ���&�� � ��������� ������ ���� � ��� ��������� '��0R������� ������ ���� �� �����&��� ������ ���� �� �� ����� � �(��R���/ ��� �����- %�� ������� ��� (���'��� N�&���� �������- %�� ���R������'��0������� (�&����� �� �'����� ���� �� ���/ ���R�(��� ���� ����� ��� ����&���� <� ���� ��������- %�� 9%� �� �7����� ���� �� ��� (�&�����- %������� ��� 1���� �� �� 9%� ��� �7����� ��� �������� � ���� �� 0��(� �����-%�� ���� ������ ��� ���� �� �� ���/ ��� '��� ���� �-E 3�1 � I-E 3�1- %��������� ������ �� �7����� ���� � ����'����� ���� ����� �� (���� ���� �� ������ (���� �� ������ �����-

%�� ����� ���('��0 �� �� 9%� ������ ����� � '� �� �� ����� � � � �� ������=������ ��- %�� ����� �� �� �� ����&�� �� (�� � (����� �� &�� ������� � ��� (��� � (�����- +������� �� ����� �� �� � ������ �� ����� ��� ����� ��������'��- %�������� �� ��� � '� �8����� 5����� � ���� �� ��� ��������- %��� ����� � '�� ���'���� ����� �� ���� �����,����� ��� ��� .;@9.=� �������������-

1.2 Microwave/Millimeterwave Holography

.��&� �����(�&� ��� ���������(�&� ���*� ������� ��&� �� ����'��� � ������������� (������ '��� �� �� ��� �����&� ����� ��� (��� '���( A �� �� �� ��1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 5

Page 26: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 5: �� '���( ��)��� �� �� �*+,* ������ �� �� �������� �- ���� ��� � ������

6 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 27: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 6: �&�������� ���� ��� "�� ����� �� �.��

�� � ����� ���� (�����- .���� � ���� ���/ ������ �� ��P���&� ������ '�(����� '�� ��� � ������� (����� �� ����� ����- %�� �������� ���������� ��� '�������5�� ��D � ���� ���� �� ����� ��.��� ��� �� ����� ���������-

�.� ��� � � �'�� �� ��&������ � �� �� �����&� �������� ��� ��( ���- 6� ��������('��0 �� �� � ��� �����&�� ��( ����� ��� �� ����� � �����'� ����� �������(������ � �� �� 0��&�� �� ����� � �� ��-�-� ��1�� �� �'� 2 �� �� ��������-

6� ����� ���������� � �������� ��� � �����&�� ��� ������� ������� �&�� �� ���� ��(���� '���� �(�� �&�� � &�� (��� ���/ ��� '���- %��� (��� ���/ ��� '���(�������(� ��� � ���� ����� ����� ��� ������ �� ��� �� �� ���� �� ������ &�� ������ �� ������� ���� ��-

"�&���� �������� ��* ����������� ����� (��� ' �� ' �� :���5� ���� *��������� 9�'����� �:��9� K 2R BL �������� �D ��-� � !E-2 3�1� !� � I� 3�1���� J� � �� 3�1- ����������� ������� ������ �� ����� �� ��� ����� ���� �������� �� ������� ������ ������ � �,� ���� �� K��� <�� �� EL- %�� �����/ � ��&������� :��9 ��������� ������ �� ������������� �� �����(�&� ��������� ��� ���������� �� ����� �".��-

DRDC Ottawa TR 2013-160 7

Page 28: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 7: �������� ���� �� �� ���)����%���� ����)����� ����� �/���

1.2.1 Single frequency MMW Holography Inversion

%�� �����&�� (�&������ ��� �������� ������� �&�� �� ���/ ��� '��� ��� �&�� ������ �� ���� �� �� � �� �- %�� ��� �7������� ��

���� �� �

��

��

���� � ������

���������������� ����� � � �

(���� �� �� �� �'��� � ������ ���� � �� �� �� �'���=� ��P���&� � ������ ��� � ���� (�&� � �'��- %�� ��P���&� � ����� �� �� ���� �� ��P���� � ������� 5������ � �� �� ������ / ���- 6� @/ ���� � �� � �� ��� ��� �� �� ����=� � ������� P� ��� �������� � �� ���� ������ �-�-� � �� ������� � � � -

%�� �7�������� ��� �� @/ ���� � � ��� '� &��(�� �� � ��������� (�&� ������������ ���� �� ��� (�� � (�&� � �'�� ��- 6 ��� '� ���������� ' � � ���������� ������� (�&�� � � � � D

����

���������������� �� �

� �

��

� �

��

������������������� ������� ���

*� ��� ��( � '�� � @/ ���� ��� �� @/ ���� � � � �'���

���� �� �

��

��

���� � ��

�� �

��

� �

��

������������������� �������

���� �C�

8 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 29: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

��,����������

���� �� �

� �

��

� �

��

���

��

���� � ������������

� �� ���� �����

���������� ������� �!�

������� �� �,� ������ <� ���� �������� �� ���� � �� �� ������� ���� @/ ���� �!���� '� (���� ��

���� �� �

� �

��

� �

��

�������� ����

� ����

����������� � ����������

������� ����

� ���

�2�(���� ���

�� ������ �� �,� ��&���� <� ���� ��������- 6 �����(� ��

������� ����� � � ��� ����� ��� �I�

%�� ��P���&� � ����� ��� ��( '� ��������� �� K��� @/ ���� �!�L

���� � �� � ����� �� ���� ���� � �����

��� �������

�� ���� �E�

<��� �� ���������� ��������

��� � ��� � �� � ����� � �B�

(� ��������� �

���� � ��� � ��� � �J�

(���� �� � '�� �� �� @/ ���� �E� � ���� �� ������� ���� ���� ��

���� � �� � ����� �� ���� ���� � �����

�� �

�������

��������

�� ���� � ��

%�� �'�&� ���� �� � �����1�� �� ������R���/ ��� ����������� ����� ������� �,���-

%� ����( ��� ����R5��� C,� �������� (��� ���/ ��� '��� �� ��� ��� �� ��������(���� ���� �� �� �� ���R5��� �����7������- 6 ����(� ��� �� ������� ������ �� C,� ���������� �� �� ��P���&� � ����� ���� � �� (���� � �� �� ������ ������� K��� <�� �� BL- %�� ��������� ��(�&��� ��� ��� �� �� ��� ���������� ������ ��P����� ���� �� ���� ��� � ����� ��P������� ��� �� ���� ��� ������������ ��� ������1���� ������� � � � �� ����- %�� (���'��� ������� ������������ ��� '� ���������� �� �� �7������ �� �� ������R���/ ��� T'��0(���R(�&�U����������� ������� ���� ��������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 9

Page 30: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 8: �������� ���� �� �� $��'�� ����)����� ����� �/���

10 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 31: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

1.2.2 Wideband MMW Holography Inversion

6� �� C,� �(���'���� ����� �� ���� ��� �������� � �� ����� ���� �� �� ��5����� �� ����� �������

���� �� �� �

���

��

���� � ������

���������������� ���� � �

<����(��� �� ���� ���� �� �� �� ���� �� � �,� ����� (� �7����� @/ ���� � � ��

���� �� �� �

� �

��

� �

��

�� ���� ��� � ��

� ����

�����������

� ����������

� ���� ��� � ��

� ���

� ��

(���� �������� (�� @/ ���� �!��

� ���� ��� � � �

���

��

���� � ����������� ��� �� � C�

<��� @/ ���� � ��� (� �'���

� ���� ��� � ��� � � ��� ����� �� ��� � !�

*� ��� ��0� �� �� �� (���R'��� ���/ ��� ���������� ��� �� �� ������������������

��� � ��� � �� � ����� � ������� � � 2�

(���� � �� �� ����� �� ����- *� ��� �'��� �� C,� ��P���&� � ����� ' �������C,� ��&���� <� ���� �������� � @/ ���� � !� ��� �7�������� � �� � � ����� �� � ���� @/ ���� � 2�D

���� � �� � ���C� �� ���� ��� � �� � ���C�

��� ���� ����� �� ���

�� � I�

(����� �

������ � ��� � ��

��� � E�

%�� ������� ���� ���� �� @/ ���� � I� ��� ���� �� �� ��P���&� �� �� �����7���� ���&���� �� �� ��� ������ ��� ������ ��P����� ��� ���0 �� ��,������1������� ���������� ����- >� �� ���� �7�� ������� ���� ��� ��� ���� ����� � � ���,/ ��� ��� ������ ��&�� �� ����� ���� ��� �����- %�� ���� �� �� �����'�� ��������� ��� �� ��������� �� �� �������� ���� � � '� �'���&��- %�� �������������� ����� �� ���� �� � � �����

� � ��� � � B�

DRDC Ottawa TR 2013-160 11

Page 32: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

(���� ��� ��� �� �� ����� ���� ���� ��� �������� ���� � �� ��7 �� ������� ���� ��� ��/ �� ����� ��� ������� ���������� ���� ��� '��0 � �� ���� ��- %�����/ ��� �������� �� ��������� ���� �� ��/ ������ �� �� ����� ���� ��� ��

� � � � ������ �� �� (�&� � �'���� �� ���� ��� � ���- ����� � �� �� �� ��7�� ������- *� �'��� ��

�� ��

�� �� � J�

.������&��� �� � �'�� �� ���/ ��� ������� ��� � '���(��� � � � '�

�� ��� ��

������ ����

%�� �����R����� ����� ��� ��

�� ��

� ���������� �� �

(���� �� �� �� (�&������ � �� ������ ���/ ��� ��� �� �� �� ������ �� �� ������'���(��� �� �� ����� � '����� ' �� ���� ��- 6� �� ����� � �� � �� ��������� �� ���� �� ��

�� ��� �� ����

%�� ���� ���������� ���� ��� �� ���� �����R����� ����� ��� ��-

%�� ����� ����� ��� ������� �� �� ���/ ��� '���(���D

� �

�� ��C�

. � ��R'�� C,� (���'��� ����������� ���� ��/ ���� ���� ��� � �������- ����� ���'��� ��� 2 �� �� �'�����- �������� � �� ����� ��� '�(��� � ��� �2 ��� K 2L-���������� ������� ���� ��� ��&� ���� '��� ��� K IL-

%�� ��� � �� �� ����������� ������� ���� �� �� ����� (���� �� ��������� (������� ����� �� &���'�� ������ �� '��0��� �� �� �� '�� K��� <�� �� JL-

1.3 Millimeterwave (MMW) Radiometry

%���� ��� �����&� ���������R(�&� ����� ������ �������� �� �� ���/ ��� �����'�(��� C2 3�1 ��� J! 3�1- %�� ������� � �� ������ ����� �� ��� ���/ ���'��� ����� �� ��P���� ' �� ���� �����- %�� ���������� ��� ������� � ���� �������R��� �������M ��(�&��� �� �����R����� ����� ��� �� ������ '��� �� �� �� ������(�&������- >� �� ���� ����� ��������� (�&�� ��&� � �� '��� ��������� ��������R��� (�&�� ��� �� �'�� ���� � �� �� ���0�� ���� ���� �� �������- .� �7��������&��( ��� '� �� �� �� K JL- "���� ��� �������� ����� � ����� ���� �� �'����&��

12 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 33: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 9: 0�1 23�45� ����)���6 �� 0'1 ���������� ���) �� � ����%��� $��� ������� $���� �/���

�� ��� ������� �� � ���� ��&��( �� ������ � �� ���������� ��� �� �� ��������������-

6� �� ���� �� ������� �'����� �� ����� ������ �� � � � �� ��4������� �� ��������&���� �� �'����- <�� �7������ (���� ��� �� ������� �����&�� (��� �� ��� ����������� �'���� ������ �����&�� ���� �� �� �� �� �� * '���� (���� �� ���� E2 3�1� 3�1�- %�� � ��� '��� (���� ��� &�� ���� ������&� ����� � ��� �� � ,��� � � ������ ������ �� �� � �� �� ��� ��� ������� (������ (���� �����������&� �� �'� �-�- %��� ��0�� ��� � &�� ���� ������ �� ������ '�(����� '�� ��� �� (����� �&�� �� �� (����� �� ����(�� (����� � ' �� '��-

��* ����� ��� ����'�� �� ������� '��R(��� ���,������� �'���� �� (��� � ���� ������ �� ������� � ��� �7�����&��� �� ������� � ���������- 6� ��� ����� �� ��,���� �� ������ �� � � � �� ��������� �'��� '���0��� ������� �� '�� ����������� � '�� ��� � ������� (�� �� �(� ��(�� ��������- "�� <�� �� � ����� K�L�-

@��� ������ ��� �� ��&� '��� ������� �� ������ ����� ��� ��������� (������������ &�� ��* �������� K��R�CL- %�� ��������� �� � ��� �� �� ���� ���'���( � ������- %�� ��� ������ � �'��� �� ����� ������ � �� ���� ����������� �� ���� �� '���(��� �� �� ��������� ��� ! � ��� �� � �'�� " ����� ����� � '���� ������&����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 13

Page 34: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 10: 7�� �������) ������� 0���1 �� ������ 0'�����1 ���)���8 0�1 ����������)9 0'1 77- �������� ���) �:��

14 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 35: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

1.4 Ultra-wideband Polarimetric Noise Radar

��������� �����/ �� ��&� '��� ��� ��� ��� ���� � ���������1� �� ��������� ���������� ����������� ��� ��������� �����- %�� ��1�� ������ ��� ������� �������,��� �� �� ���� �������� �� ������� ��������- .� ������� (���'��� ��������,��� ����� ������ ��� ��� ������� �� U������� (�&�U � ����� �� �� �'��� ����'���� ���� ����� �� ��- "���� �� ���������� ��� ��������� ' �� ������� ����,��������� �� �� �'���� �� ����� �� �� '������ �� ������������� U5��������U�� ��� '� ��� � ���� �� �'���- 6� ����� � ��� �� � ������� �������� �� ���'���� � �� �������� � ��� ����� � �� �� ���/ ��� '��� �� �� �� ��� ����������-"���� ��������� (������ �� ����� �� ��1� ���� � �� �(�&������ ������������� �C 3�1� � E2 �� �(�&������ ������������� � !�� ��1�� �� ��� (���'��� �)*+������������ ����� ����� �������� �&�� �� !��,C��� ��1 '��� ��� '� ���� � �7,��� ������� �������� ���� (������ �� ��4���� ��1��- "���� ���� ���/ ������ ������������ ���0 ������� �� (��� �� (���� ��� �������� ��������� (������ ��� '� ����������� � � ������� (��� ����� ������ �� ��� ' � ����� �< ��&�������-

������� ���,(��� '��� ����������� ����� ����� ��� '��� ��� � ���� ���������(����� ������� ' � ���� �� ���� �������� K�!RCIL- %�� ����7 ������ ����� �� ��� � ���� �� �������� �� ������� ����� ��� �� � ������ (���� �� '� ���&����P ����� ' � ����� ��P������ ��� �� �� ���� ����� � � �'���� � �� �� 0�����'��� ������� �� KCC�CIL- %�� ����� ����� ����� �� ���� ������ (��� ���� ������ �� ��� �� ���( �� �� ����7 ������ ����� ��� ���� ��� �����������'�(��� �� � ���,��� ��� � ���,(��,(����� �����- %���� �7��������� ��� ����� ������� ���( �� �� ����� ����� ��� ���� �� ��������� (����� ������� '� ����-

����� ������ ��&� ������� � ��&������ �&�� ���&������� ����� ������ (������� ��������� ����&�� ��� ������� ��� �������� ��� �� ����������� KCER!2L- %�������� ��D � � �� �� ��������D "���� �� ����� (�&����� �� ������ �&�� � (��� ���,/ ��� ������ � ��� �� �������� ��&���� � ��� �� �� �� ��� � ����� �4���M��� @������������ ������'���D ��� ����� ������ ��� ��� � �� ���� �������'���� (�� �������'�� �����,����������� �� �� ������ ���� ��� (��� �� �������� (���� �����= ������ �������M �C� "���� � �8�����D � � � �� ���������� ������,����������� �� �� �� �� (�&������ ���� ����� ������� �������� ������� ��,� ����M �!� @��� �� ������ ����������D %������ ����� �� ��� � �������� ��� ��� ,����� (�� ���� ������� �� ������� (�� ���� ��� ��� �������� ��� �� ������M �2�<��/ ��� �������D %�� ����� ����� � ��� '� ������ � ������� ������� �� �����5����� ���� ���&�� ������ ���0��� ��� ������� '����� �� ���&�� ��,'��� ���������������� (�� ������� �����M �I� %� �'��0 �����,������� ��'�� � � �����D+�� ����� ��� ������� ��� '� ��� ����� �� ������� ��� ����������� ���,������ ' &����� '���(��� ��� ��������� ���M �E� 6�� �� ���� �������������� �������D @7����� ������� �� ��� ' ������� �� ���� ���������� ���������

DRDC Ottawa TR 2013-160 15

Page 36: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

(��� �� �������� (�� �� ���,������ ������ ������� ��� ����� (��� ���� 1���� � M �B� 6�� �� ���� �������D "���� �� (�&����� �� �� ������'��� � ������ ���� �� �� ��������� ������ �� �� ��&�����=� �����&�� KCER!2L-

16 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 37: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

2 Capabilities of Fullwave Electromagnetic

Models: Feasibility and preliminary Case

Studies

2.1 Solid Models

%�� ��&������� �� �� � ��R(�&� ������������� ������ ��/ ���� �� �����(��� �.� ������D

� *������D ����� �� ��������� 0��&��� ��P��� ��������� �7�����&��

� � ����D ������� ���� ����� �������� ������� ���� ����� ��(��� ���������� �������&� ������ ������� ������� ����� �����

� ����� �������D ���,(���'��� �)*+� N�&����� ������ �������&� �����

� < ��� �� ��� ������� ������ ��������D ������� ���0� ��� '��0����&��� ���0������ ��� ��� �������� '���0 (����� ��-

*� ��&� ��/ ���� �� �����(��� ����� ������� (���� ��� ��(������� ���� (�'������DAA(((-C����'��(���-���A���� �-���7�D

*@.:>�"

- !�!W+����W�J<"D �G<� ".%� "%9

�- C�EBW;������0�&W.;E!D �G<� "%9

C- 2BJCW.;!EW.��� �W��P�D �G<� "%9

!- II JW6�����W� �D �G<� "%9

2- B�ECW*��������W��P�D �G<� "%9

I- J JJW�������W3 �D �G<� "%9

E- JEB�WB�W.��� ����W"������W����W3������D �G<� "%9

B- JEJ2W"�����W��P�W"������W+ ����D �G<� "%9

J- JE! 3���0 � D "%9

�- JEIW!���W3������W9� �����D �G<� "%9

����� �.� ����� ��,����� ������� ������ ������ � �� ����� �� C� ������- %�� �.� ������� �� ��� ������ �� ������� �� ��� ���������� ���������� �� ���&����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 17

Page 38: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

- C2 !W"���W���W*�����W��&��&��D �G<� "%9

�)�.�"

- ���W���D "%9 ������ ���� �������

�- �2IEW���D �G<� "%9 ������ ���� ��(��

C- EJBEW"����W� ���W� ��D �G<� "%9

�>>�"

- �2�EW����W6������D �G<� "%9

�- !I W����W6������D �G<� "%9

<)��6%)�@

- �!B W9���D �G<� "%9

�- !2 �W+��0�����D �G<� "%9

C- 2J� W<���W��'���D �G<� "%9

�>�:)%@�" .�� @9@�%�>�6�"

- ��E!W����W9����W���� ��D �G<� "%9

%�� "%9 ������ ��� '� � ������ �� ������� �� ���� �� ��� ����� ����������"%� �����(�&� " ��� ��"% �*"� K!IL ��� .���� ����,���/ ��� �� � �� ���, ���� ��<""� K!EL- %�� �G< 5��� ��� '� ������� ��� �� G<�%� �������,���� 5���,��4������ ���,������� ���0��� K!BL ��� ��� '� � ���� �7����� � ".%�����- %�� ���� �� ������'�� (�� '�� �<"" ��� �"% �*"- �� ��� � � '��7������� (�� ������ � ��� ��� ��1�- %�� ��� �� ��� �� �� ������ ��� �������5��- 6 (�� �� �� �� ��� �� �� (����� �.� ������ ��� �� ���� (���� ��� ��� ������ � � '� ������� ������ � 5 ��� �� �� �� ������� ��� ��� �����-

"��� ����������&� � ��R(�&� ������ (��� ' �� �� �"%�*"- %���� ������ ��� ���� ��� � �7����� �� ����� �� �� (������ (�� ��� (��� � � ���� (�� � �����R(�&� ��� ������� ��� (�� ��� ������� ��� �� � )*+ ������� ��� ������1����� ����� ��- <�� �7������ �� ������ � � �� �� +�����J<" ����� � ��/ ����E � ��R(�&� ������ �� ����� �� %�'�� - %���� �� ���� ������ �5�� ��� ��� �������R(�&� �7������ �:*@�- %�� ���� �� � ������ �� �� )*+ ������ �� ���7������-

18 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 39: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

(a)

(b)

(c)

(a)

(b)

(c)

Figure 11: ��� � ; ���� ��� �� ���� �� �� <����7.* ���)�� $�������������� �� �� �����)� �� =-< >�?��� ������8 0�1 )�� ����6 0'1 ���:@:����6 0�1 ���:@: ���� )�� ����� �� ��� �'���� ,����������� ������� �� ����)A�� B����������� �� ?������� ;������ ���� ������ �� ���)� �� �����&������ / ��

DRDC Ottawa TR 2013-160 19

Page 40: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

6� ��� �.� 5���� �� �'��� � ��� � �� ������� �� �'���� ��� �7������ �� �7���������&��- %��� �� ��� ����� �� <�� �� - %��� �� �������� �� ����&��� �� (�����=������ �� �� (� ���������D � � (����� �� ���� ����� ��� ��� (����� � �� � ���'��- %�� ������ �������� �� ��� ��/ ���� (� ��� ������ R ��� (�� �� � ������ ��� ��� (�� �� � ��� ��� �� � �- + � '������ �� �������� �� �������� ���� �� �� �� ���� ��� ������ ��� ��� �'��� �� � � �������� ���- 6 ��������� � 5�� � (����� �� �� �'����� �������� �� ����� � ��4�� � '����������� �� �������� �� �� (����� �� ���� � �-

%�� � ��R(�&� @� ������ ��� &�� ��������� �� ���� �� ����� ��/ ������� ������� ���� ���- %�� ��� ����1�� �� � � ��R���� 6���� G���� �:)2 I� X C3�1� C 3�1� (�� C� 3+ �.�- � � ��� �� �� �� ����� �� �� �� (��� �� �������/ ������� ��� �� �� ����� �� � � C 3+-

"��� ���������� ����� ����� ��&� '��� ����D

- %�� @������� ��� ���������� ���'���� (���� �� )*+ ������ �� �� ������� -2 � �(� ���� �� ����- :��'���� ������ ��� �� ��/ ��� �7�����&����� ������ ���-

�- ������ (���� �� )*+ ������ �� �������� ' � �����R(�&� �7������ ��&�������� ���� ������ ��/ ������� ��� ��� '� ���� ���� ��� ��� ' �������,��� �� ������ ��������-

C- 6 ��� '��� ���5���� �� �� ������� ���/ ������ �� �� ����� ��� (�����.� ������ ��� �&����'��� ������ ��� '�(��� C�� ��1 ��� � 3�1 �� � �������� �� ����� ��-

!- 6 ��� '��� ���5���� �� �� (����� ����� ��� ��� ������ �4���� ' ���������� �� �� � ��� '��-

Table 1: 7��� �� �� �� ������� ���� �� <����� 7.* 0������ ��������6 �����������6 �� $�? ������������ �� ��������1

��� ��� ��������� ��� �� � ���������.����� ���

3 � ��� 3 � O .����������� ��� ������ O .����������� O 3 � ������ O 3 � O .�����

20 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 41: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

2.2 Summary of Project Setup and Requirements

%�� ���/ ��� ����� �� ��� ��� ������ �� �� ���� �-C 3�1 � C 3�1-

6� ��� �������� ������� (������ ��� ������� ���� �� (������� ��� ������� �� ������������� ���� ���� �:@�� '��� �� ���� ���� ���� ��� '� �������� �� �� ���/ �������� �� ������- %�� ����� ��� ��� � �� ��� ����� (�� &�� ���� ����� ��������� �� (��� �� ��� 1���� ��� ����� ��� &�� ���� ���� ����-

%�� � ��� '�� �� ������� �� � ���,��������&� ������� �� ����� �&� ����������� � �� ��� � � �� "A�- %���� &�� �� ��� ����� � ���� �� � ���� �� �� ��(,3�1 ���/ ��� ����� ���� ��������� �� ��� �� ��� ����������&� �� � � ��� ��� �� ��� ' ��- 6 ��� �� '� ���� �� �� ����� �&� ��������� �� �� ��� &����4���� ��� � � � � ��� "A��- < ���� � ���� � � �������D � � �� �4���� ���/ ��� ���������� �� ����� � �&�� �� �� ��������� ��� �� ��� ��� �� ���'����� ��� ��M ��� �� ����� �� �� '�� �� ����� �� �� ���� � �� ������ �� (����� ����� ��- <��/ ��� ���������� ��/ ���� ��������� ���� ���������� ���� ��� ��� �� '� �&����� �� �����'��-

� :����� ����������D +�����J<" �:���� *�&� @7�������

Table 2: ������ �� ���C�� D<����� 7.* E

� �� ���� � � ��� ! ������ ��� � � ���

��� ��� ��7 ��� � �'�� ����� ��7 � �'�� ����� ��� ������� �� ���� ����� ���&������� � ���� '������ �+2-�22 � 2-II�BC ��EE�EI� ,B� �+ �� �, � �� �� I� E2�

� :����� ����������D ������ �:���� *�&� @7�������

Table 3: ������ �� ���C�� D7 �:@:E

� �� ���� � � ��� ! ������ ��� � � ���

��� ��� ��7 ��� � �'�� ����� ��7 � �'�� ����� ��� ������� �� ���� ����� ���&������� � ���� '������ �+I-��E� B-!I�CC J�CIC��2� ,B� �+ �� �, � 2� �� C�� C����

DRDC Ottawa TR 2013-160 21

Page 42: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

� :����� ����������D ������ O +�����J<" ���� �:���� *�&� @7�������

Table 4: ������ �� ���C�� D7 �:@: ���� <����� 7.* E

� �� ���� � � ��� ! ������ ��� � � ���

��� ��� ��7 ��� � �'�� ����� ��7 � �'�� ����� ��� ������� �� ���� ����� ���&������� � ���� '������ �+I-��E� B-!I�CC J�CIC��2� ,B� �+ �� �, � 2� 2J� �2� C����

6� �� �����(��� �'��� �%�'�� � � %�'�� !�� ����������&� ��� ����� �������� � � ���"%�����(�&� " ��� K!IL� ��� ������'�� �� ���� �� �� ��������� �� �� ��� ������� � �� (��� �� ���� ��� ��� ����� ��/ �������-

%�'�� 2 ���� �� ��� �� ������� �� ��&� '��� ��� ����- %�� ���� ��������/ ������� �� ������� � E ��� �������'�� �� ������� ��� ���� ����� �� %�'��!-

%�� ��� ��������� ������� ��� ���� ���� ���� � �������� ������ ����� K��� ���,��� B ��� J �� %�'�� 2L- %�� ������ ��� ��� ����� ���������� ������ (���� ��/ ���5�� ����� ��������- *��� ����� ������5������ �� � �'�� �� ���� ����� �� ���� ����� �� �J ��� �� ���� ������ ��� �7����� (� ��� ��� � � ��,���� 6����

G���� �:) 2 I� X C 3�1� C 3�1� (�� C� 3+ �� �.��-

<�� � �� � ����� �&�� ���� ���������� ��������� (��� ��&� � '� ����������� (������� ������� ���� �� ��������� �� ���� �� �� �� � �� �� (����� � ��� ��� ���0��'���� ��-�-� 0���� ��- 6 �� ��&���'�� � �������� �� ������5����� �� ���� �� ����� ��� �� �� � ��� '��- %�� ������ �� ������5����� � � '� ����� �� ������ ���� � ���� �� �4�� �� ��� ��� �� �� ��� �� ��� �� ����� �� �� �� (�����- %�������(��� ��5����� ��� ��� ��� �� ��,������1�� ��� �����,������1�� '��0�������5����- %�� ��,������1�� '��0������� 5��� �� �� '��0������� 5��� (���� ������1,���� �� �� ���� �� �� �� �� ������� 5��� ��� �� �����,������1�� '��0�������5��� �� �� '��0������� 5��� (���� ������1���� �� ��������� � �� �� �� �������5���- ��� �� �� ���� ��5����� ������� � �� ����� �����,������ �� � ���� ������� ����� �����,������ �� ���� ���� ���� �� '��0������� 5���-

22 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 43: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 5: "��� �� ���������? ���������� ���C��� $��� '��� ���������

"�! # ��������

- +�����J<" 3 � �� ���� �����M �����,(�&� �7������ �:*@��- ������ � ��� ����� ������� �� ���� �����M :*@C- +�����J<" �� � ������ � ��� ����� ������� (�� � � � �'�����

�� ���� �����M :*@!- +�����J<" �� � ������ ������ � ��� ����� ������� (�� � � ���� �����

�� ���� �����M :*@2- +�����J<" �� � ������ �'��0� � ��� ����� ������� (�� � � � '��0

�� ���� �����M :*@I- 3������ 3������ �� ���� �����M :*@E- .;!E .; ���� � ��P� �� ���� �����M :*@B- +�����J<" �� � .����� 3 � �� ���� �����M )*+ ������ �7������J- ������ �� � .����� � ��� ����� ������� �� ���� �����M )*+

������

DRDC Ottawa TR 2013-160 23

Page 44: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

2.3 Some Weapon Signatures

%�� ����� ��� �� �� � �'���� ��&� '��� � ����D � ������ �� ���� � # � ��� � ������������ �� +�����J<" ����� �� ��� �� � ����� ��P� .;!E- %�� �� � ������ ���� �����7���� ���������� ��� ���(� �� <�� �� �- .�� �'���� ��� ����������������� ���� ����-

<�� �� C ���(� �� �������1�� ����� �� ������ �� �� ,������1�� ���,���� ���R1��� �,5��� ��� �� �� � �'����- 6 �� ����� �� �� �����&� ������� ����� �� ������� ��� �� �� �'���� �� &�� ��4����- <�� �� ! ���(� �� �������&� ��,��� ���������� ������� ���"�- %�� ��" �� �� .;!E �� � �� ������� ��� �� ���� �����'����� (���� �� � � � �� ������ ��1�- .���� .;!E ��� ��� &�� ����� ��������� ��-EC�E 3�1- "���� �� .;!E ��" �� � �� ������� ��� �� ��" �� �� ���� �����'����� ��� '��� &���'���� �� ��" �� �� ������� �� �������� ��� �� ����� � �������� ����� �� <�� �� 2- *� ���� ��� �� �� .;!E ��� ������ ����� ���������'���( C�� ��1- %��� �� ���(� �� <�� �� I (���� �� ��,��� ��� �����,��� ��"�� .;!E ��� ����� ���� �� ��1 � C 3�1- . ����� ���0 �� �� ��,��� ��" ���'���&�� � �!2 ��1-

%�� �����,��� ��,������1��� ���R5��� �������1�� ������ �� �� �� � �'���� ��� ������� <�� �� E- 6 �� ����� �� �� �����,��� (����� ����� ��� ��� ��4���� ���� ����,��� ����� ���- %��� �� �� ��������� �� ������1���� ��&���� ��� �� '� �7��������� �� � ����� �� ���� �����5�����- %�� �����,��� ��" �� �� �� � �'���� �������� �� <�� �� B ��� <�� �� J- %�� ���0 �����,��� ��" �� .;!E �� � �-CJJJ3�1 (���� �� � �� ������� ��� �� �� ���/ ��� '��� �� �������� � �� ���0 ���� ��,��� ��"-

24 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 45: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

radius a = 3 cm length: 13 cm

width: 9.2 cm

length: 16.6 cm

width: 10.6 cm

thickness: 4 cm

length: 50 cm

width: 21 cm

thickness: 3 cm

(a) (b)

(c) (d)

radius a = 3 cm length: 13 cm

width: 9.2 cm

length: 16.6 cm

width: 10.6 cm

thickness: 4 cm

length: 50 cm

width: 21 cm

thickness: 3 cm

(a) (b)

(c) (d)

Figure 12: 4����� �� ��� �� �'C��� $��� '��(������� ��)������ �� ������80�1 ����6 0'1 ��� )���6 0�1 <����7.* ���)��6 �� 01 ��������� ��F !G��

DRDC Ottawa TR 2013-160 25

Page 46: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 109

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

frequency (Hz)

no

rmal

ized

mag

sp

ectr

um

sphere

grenade

beretta

AK47

Figure 13: �������� ��)���� ������ �� �� ������ 0���������1 '��(������������� ��H� �� ���� �'C���8 ���� �� ����� � I 2 ��6 � ��� )���6 ��<����7.* ���)��6 �� �� ��������� ��F !G��

Figure 14: ������ 0���������1 �� �� ���� �'C���8 ���� �� ����� � I 2 ��6 ���� )���6 �� <����7.* ���)��6 �� �� ��������� ��F !G��

26 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 47: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 15: �� �� *,4� /G $������ �� ������ �� �� !G��

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 109

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

frequency (Hz)

RC

S a

mp

litu

de

spect

rum

(m

2)

Y pol, PzEy

X pol, PzEy

Figure 16: �� ����� ��� !G� ���$��) � ��C�� ��$���%���� ��( �� �� �������� �� :G3 75��

DRDC Ottawa TR 2013-160 27

Page 48: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 109

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

frequency (Hz)

no

rmal

ized

mag

sp

ectr

um

sphere

grenade

beretta

AK47

Figure 17: �������� ��)���� ������ �� �� ��������� 0&��������1 '��(������������� ��H� �� ���� �'C���8 ���� �� ����� � I 2 ��6 � ��� )���6 ��<����7.* ���)��6 �� �� ��������� ��F !G��

Figure 18: ��������� 0&��������1 �� �� ���� �'C���8 ���� �� ����� � I 2 ��6 ���� )���6 �� <����7.* ���)��6 �� �� ��������� ��F !G��

28 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 49: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 19: �� �� *,4� /. $������ �� ��������� �� �� !G��

DRDC Ottawa TR 2013-160 29

Page 50: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

3 Parametric Studies in Terms of Distance,

weapon, Size, Mutual Position and

Polarization

3.1 Defining the Weapon Signature

%�� ��������� � ���� ��&� ��� ��( '��� ������ � �� ���� (���� �� ���� �� ������ ����� �� � ������� �� �� � ��� '��� �-�-� ���� ��� �� ���� �� ���� �� �� ��' �� � ���-

%�� ���� ����� ��� ��� '� �7����� ���� (� ��4���� ��������� ��� �� (���4���� ��� �� �7������� ��� :*@ ��� �� )*+ �������-

3.1.1 Plane Wave Excitation (PWE)

%�� (����� ����� �� �� �7������� �� ���� �� �� ������7R&�� �� �������� ���R1��� 5���� �-�-� �� ������� 5��� �� �&�� ��� �� �� �������� ���� (���� �� �����(�&� �� �������- %�� ��� 5��� �� ��/ ���� ��� �� (����� �� ���� �����- %��� ���������� ������ �� ��-

.����� (����� ����� �� ��� '� �'����� (��� �� (����� �� �� �� � ��� '��-%���� (� ��� ������ ��� ��������� R ��� (�� �� � ��� ����� ��� ��� (�� ��� ��� ��� �7��� �� ���� �������� ��� �� (����� �� �� '��- 6� �� 5����� ������ �� ��� 5��� �� �� � ��� �� ������ �� �� �������� ��- 6� �� ��������� ������ �� �������� ��� �� �� �� �� � ��� (�� �� (�����- *� ��� ����'��� �� (����� ����� �� �(��� � ������� �� �� � ��� '��� ��

����� � ��� � �� ��!�

6 �� ������� � ������� ����� (�� �� �� ����� � �&�� �� �� ������� �� ��

(����� ����� �� � � � �� ����� ���7��� �� �� � ��� '��-

6� ��� ������ �� ����� �� �� �� +�����J<" ����� � �� � ���� �� ���� ��������D

� ����� � � �� �'����� �(��� �������

� ����� � �� �� ���� ���� �� ������

� ����� � � �� '��0 ��'�&� (����-

6� ��� ������ �� ����� (�&� �� ������� ���� �� ���� ��� �� &������� ������1��- %������ ����� ��� ���(� �� <�� �� ��-

30 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 51: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

(a) (b) (c) (a) (b) (c)

Figure 20: ��� ����������� ��������) ��� ��������� �� �� <����7.* ����)�� �� �� '��8 0�1 �����6 0'1 ��6 �� 0�1 '��(� ,� ��� ���� �� ���� $�? �������� ���� �� ����� �� �� ?�������� ��������

3.1.2 Excitation with an UWB Antenna

6� ��� ����� �� ����� �� �� ��� '� �7������� �� ���� �� �� ��P����� ���8������� ���� ��� � �� ������ ��������- %�� (����� ����� �� �� ��� �'����� ��

����� � ������� � ������ ��2�

(���� ����� �� �� (����� ����� �� �� �� �������� �� �� ������ ����� ��� �� ����

������� �� �� ��P����� � �� ������ �������� �� �� �������� �� �� (��������� ������ �� �� ��P����� ���8���� �� �� ������ �� ���� �����- %�� �'���������� �� ��� ��� '� �������� � �� ����� �� �� �� (����� �� ���� ����� ��(��� �� �� (����� ����� �� �� �� �������� �� �� � ���� '�� �'����� ' �������R(�&� ��� ������� K����� � �� ���&�� � � '������L-

< ����� �� (����� ����� �� �����&�� ' �� )*+ ������ � � '� � ���� ����� ����� (���� � �� '�� (���- "������� � �� ���� �� � �����R(�&� �7�������(� ��/ ��� �� ������ �� �� ��� �� �� ���� �� � � ��� ����� ��� �� �� ���� �� �� ��� (�� �� (�����- %�� (����� ����� �� �� ��� ��������� ��

������ � �������� � ������� ��I�

(���� �������� �� �� �� �� �� �� ����� (���� �� (����� �� �� �� � ��� '�� ���������� �� �� �� �� � �� ������ �������� (���� �� � ��� �� �� ��� ���������� (������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 31

Page 52: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%�� (����� ����� �� �� ��� ��� ' �� )*+ ������ �� � '� � ���� �� �������� ����� �� �� ������ (��� �� )*+ ������ ������ (��� '� ��������- %���(��� ���� ���'�� � � �������� ��� ���� �� ��&�� �� �� �� (�� ������ � ��������� '�(��� �� ������ ��� �� ����- *� ��� �� �� ��������� '�(����� � ��� '�� �� � ������� ��� �� )*+ ������ �� ��0�� � '� �� ���� � �������&�R����R5��� �� ��������R����R5��� 1���� ���������� �������� �� �� ��� ��������- %� �������� �� ��7�� � ����� �� �� ����� (� ���� ���� � 0��( �������&�� ������R�R����� ����-

3.2 Weapon Size

%�� (����� ��1� �4��� �� ����� �� �� ��� �� (� ����������- <���� �� ��1���������� �� �������� ��������� ���/ ������- %�� ����� �� �� �� �������� � ���,������ ���/ ������ �7��'���� � ������������ ���0 �� ����� ��- %�� ������� ��(����� ��� �� ������ �� ��������� ���/ ������- %�� �������� ���/ ������ ���������� ����� ����� �� �� ���R��� �������� �9%�� �� � ����- 6� �� �'���&�� ��"�� �� ��&�� ���/ ��� '��� ��� �� ���0� ' �� ���������� (�� ���/ ���� �� �������������� � � '� ���� �� � ������ ���/ ��� '���- " �� ����������� ������������" �� ���� �� <�� �� ��� �� ���� �� � ������� ������ K��� ������� ������L- %��������� ������ ����������� � ���� ��1�� �� �����7����� ��� �� ����- 6� �� �����/ ��� '��� �� ������� �� ��" �7��'�� ��� �� ��&���� ���0� �� �������'�� ���,�� ���� ��� ��� ���/ ��� '��� ����� (���� �� ����=� ��������� ������- %��� ��� ������'�� �������� ��� � (����� ������� ���� '���� �� ������� ����� ���-

"������ �� ��1� �� �� ���� � �� ������ �� �� ����� �� ��� ��������� �� ���� ��������,���� ���- %� �� �&�� �� �� ������� � ��� ���� �� �7��� ���������� ���� �� � �� ��-�-� �� ���/ ��� '��� ���� �� ������ �� �� �� (����� ������������/ �������� �� ��" �� ���� '� ����� � � � �� ��1� �� �� ����- .� �� ����'������ ��&���� (�&������ ��� ������� �� ��" ���������� �� �����R������ �� ������� ��������� ��� � �� �������� �� ��������� K��� <�� �� � >����� ������L-

%��� �� ��� ����� (�� �� ��" �� �� +�����J<" ����� � (���� (�� ���� ������ ���� ���/ ��� '����D ���� 2� ��1 � C�� ��1� ���� C�� ��1 � C 3�1� ������� C 3�1 � J 3�1 K��� <�� �� � L- 6 �� ����� �� �� ��������� ������ ��� ���(����� ���� �����7����� '�(��� �2� ��1 ��� C 3�1-

< ���� ���� ����� ������ � �� ��������� �� �� �'��� ��1� �� �� ��" �� ��&��'���( ��� ���� ������ ������-

32 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 53: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

1 2 3 4 5 6 7 8 9

x 109

0

0.05

0.1

0.15

0.2

frequency (Hz)

RC

S a

mp

litu

de

spect

rum

(m

2)

Y pol

x

y

incE

P

Figure 21: �� ��)���� �� ������� �� �� <���� ���)�� �� � $�� ��%�������) 0���� 3@ 75� �� . 45�1� �� ���� $�? �� ������ ����) A� 0� �������)?���� B �� ���� �� H� �� ������� ����) �1

DRDC Ottawa TR 2013-160 33

Page 54: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

L

D

P

E L

W

T

P

E

L

H

W

T

PE

(a) (b) (c)

L

D

P

E L

W

T

P

E

L

H

W

T

PE

(a) (b) (c)

Figure 22: �� ����� , �� � ����� �� ���� ������������� �������� 8 0�1 ,�������6 0'1 ,�����6 0�1 ������� �� ���� $�? &�������� �� ����) � �� ��� H� ��&���������

3.3 Weapon Shape

Table 6: ;�������� �� �� ����� ����� ���� �� ��%����� ���� @�2 �� 2 45�

6,������� ��� ��� 6,���� ��� ��� �,������� ��� ���� 9 � 9 * % 9 � * % - �� � �� � C �� 2� �2 C�- ��� �� ��� �� C ��� �� 2� CC- C�� C� C�� C� C C�� 2� E2 C!- !�� !� !�� !� C !�� ��� �� C

6� ����� � � � �� �4�� �� �� ����� �� �� (����� ����� ��� (� �������� ������� �� ������ ������D �� S6= ����� ��-�-� �� ����� �� � 0���� �� � ��P�� ��� ��S�= ����� ��-�-� �� ����� �� � ����� ��- %�� ��&�������� �� ���� ��� �� ������� ���� ����� (�� �� ��1� �� �� �'��� �� �� � ������������� ��� �� ���� ��'�� ���/ ��� '��� ��� '� ����- %�� ��� ���� �� � ��� ��� ���(� �� <�� ���� ��� ���� ���������� ��� � �����1�� �� %�'�� I-

%�� ��,��� �G ���� ��" �� �� 6,�������� ��� ����� �� <�� �� �C- 6 �� �'&�� � �� ���� ������� ��������� �� ��1�� �� ����� ��������� ����� �(��� �� ��(�� ���/ ������-.�� �� � ������� ��(�&��� �7��'� � ���� ��� ����� ��������� �� �� ���/ ��� '���'�(��� �-C 3�1 ��� C 3�1- %�� �����,��� ��" ��� �������'�� �������� ��� ����,��� ��" ' � ����� �� ������ ��� ��� �� ����� ����- N�� ������� ��� �� ����'���&�� �� �� ���� �� �� 6,����� (���� ��,��� ��" ��� ����� �� <�� �� �!- %�������,��� ��" ��� ����� �������'��- . �� ��( ���/ ��� ���� �� 6,���� ������������ ����� �������� ����'�� ���� ���� �� �� 6,��������- %��� �� � � � �� ���

34 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 55: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 23: ������ 0J����1 �� �� ,�������� ���� @�2 45� �� 2 45��

Figure 24: ������ 0J����1 �� �� ,������ ���� @�2 45� �� 2 45��

DRDC Ottawa TR 2013-160 35

Page 56: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 25: ������ �� �� �� 4 ����� ���� @�2 45� �� 2 45��

Figure 26: ��������� �� �� �� 4 ����� ���� @�2 45� �� 2 45��

36 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 57: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

�� �� ������ �� �� (� ��� �� �'���� ��� �� ������&� �������� (���� ���������R�������� ����� ��������� ��� ���� �������- %�� ������&� ���� �� �� ������� �����5� � ��� ���/ ��� '��� (���� � '������ �������'�� � �� (�&������� ���� ������� � ���- %�� �����R�������� ��������� ��� �� ����� � ��&� � �����5��������-

%�� ��,��� ��� �����,��� ��" �� �� �,����� ��� ����� �� <�� �� �2 ��� <�� �� �I-%��� ��� ���� �� �����5��� �����,��� �H,���� �� �� ���� �� ����� ������� ��� ����,��� �� ���� (���� �� � � � �� �������� �� � ���� ������� �'��� ����� �� ,�7��-%�� ����� ��������� �� � �,���� �� �� ���� ����� $ �� �� �� �� 6,������� �� ���(�� ���/ ��� ��� �� �� �� 6,�������� (���� �� � � � �� �&����� �������� ���� ����� �� �� ������� �'��� ��-�-� $�% � $�- %� �� �� ��(�� ��������� �� �������� �,���� ���0� '���( �-C 3�1-

<�� / ��0 �����7�������� �� �����(��� � �� �� � �' ��� '� ���D �� �&����� ��������� �� �� �'��� ��-�-� ��� � �,������ ��� �� $ � % �� � (��� � ������� ' ������ �� � (��� ��&� �� �����7���� &�� � �� �� (�&������ � �� ��(��R���/ �������� ��������� �� �� �� � ��- <�� � ��� 6,������ �'���� �� �&����� ���� ������� ����� $- 6� �� �'��� �� ���0�� ��-�-� ��� �� 6,�������� � � $����� �� ���������� �&� �� ��0�� � '������ ��� ���� �(��� ��(�� ���/ ������- 6� �������� (��� ������� ���� �� �� �'��� ���������� ��-�-� ������� � '�� ��������� �� �����R������������� �� �� �'��� ��-�-� �� ������ �������� ��� �� '� � ������� ' � ����� �� ��� ����� � �'��� �� �����7���� &�� � �� �� (�&������ � �� ��(��R���/ �������� ���������- .���� ��� � �� T�� ��Y �� T� '����Y �'����� �� ���������� ��� ��������� ����-

%� �� � ���/ ��� '���(��� ���� C�� ��1 � C 3�1 �� � ��'�� ��� ������� ���,������ ����� ��� �� ��� 6,������ �'���� �� ����� ��(���� '�(��� 2 ��� 2� ��-*�� ���� ���������� ������ � �� �� ����� ��� �� ���� ����� �� �� ��� ��,����� �����- %�� �'�&� ���/ ��� '��� �� �'&�� �� (��� � ��� ��� ��������� �������� ��� ����� ��� �����-

3.4 Weapon Orientation and Incident Wave

Polarization (Beretta in Open Space)

%�� �4�� �� �� ������� ��� ��������� �� � ����������&� (����� ��� +��,���J<" ����� �� (�� ������ � �� ����� (�&� �� � �����1�� ����- *� ������������ ����� (���� �� ����� � �� ��� ������ (�� � ����� (�&� ������� ����� ������� � ��� ����� ��- *� 5�� �������� �� ���� �� �� ����� (�&� ����� �-

DRDC Ottawa TR 2013-160 37

Page 58: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

x

y

2P

3P

incE

P

x

z

2P

1P

incE

P

z

y

3P

1PP

incE

(a) (b) (c)

x

y

2P

3P

incE

P

x

z

2P

1P

incE

P

z

y

3P

1PP

incE

(a) (b) (c)

Figure 27: �� ���������� �� �� ���)�� $��� ����� �� �� ���� $�? ����������) � �� �� �'��?����� ������ �� $���� �� �� �� ����� �� B������) ?����B ���$� �� ������� �� ������ �� �� ?���� ���$� �� ��H� ������������� ������� B/ ����� � ���������� ����� $��� �� ������ B: �� B2 �� �� .@ )������) & �� K�6 ������?��� �� ������� ���� �� ��� �'��?����� ������ �� ��$���� �� ��� �� ���� K ��� �� ���� ��������) ��������� �� ��� ������ ���� �� ��� ����

3.4.1 Plane Wave Along Z (Broadside Illumination)

%�� ������1���� �� �� ����� (�&� ��� �� � � ��������� �� ��� ���� ��� ��� ������� <�� �� �E- %�� ���� ���������� � (���� �� (����� ��" �� ��&�������� ������(� ' �� �'���&���� ����� ��� ��� ��� ��- ��� �� �� ��" �� � ���R1���/ ��� ��� �� �������� ���� �� ���� �'���&���� ����� � �� (����� �� <�� ���E ��� �� � ����� Z �� ��� ��� ����������� �� ���������- .�� ���� ����� ����� �� ��� 1���-

%�� �,� , ��� �,������1�� ��" ��� ����� � ����� ��� �� ��� ��� �� <�� �� �B�<�� �� �J� ��� <�� �� C�� �������&��- . �� ��������� �� ����� '�� �� ��, ��������,������1�� ��" �7��'� ����� ��������� � I!2 ��1- %��� ��������� ������� ������ �� ��" � �� ��� ��- .�������� ����� ��������� ������� �� �� ��,��� �H ������" � �� ��� �� �� (��0��� � ��-

6 �� ����� ���� �� ���� �� <�� �� �B� <�� �� �J� ��� <�� �� C�� �� � ��&�� ��"������� ������� ��� ��� ���������� �� (����� � �� ��/ ���� �� � �������� �� �� �� ��� �� � ����R��������� ��� ���������- %� &���� ��� ����� ����� ���� ������1���� ���� ��" �� ����� ��� �� ���� �'���&���� ����� �� � ������� ��� K<�� �� C � <�� ��C�� ��� <�� �� CCL- +�� �� H, ��� G,��� ��" ��� �� �������'�� ����� ��� ���&�� ������� ���/ ��� ���������� �� �� �������� ��� �� ��������� ���������-

� � � �� ��������� �� �� ���'���� (� �7��� ������� ��� �� �� �� �,������� (�&�

38 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 59: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 28: �� �� �� <���� ���)�� �� B/ 0���������� ������6 ����) K�1� ��LM����# �� �� ���������� $��� �� LJ����# �� �� ������������� $��� ����� ���� ������ $�? 0�������� ������� ����) �1�

Figure 29: �� �� �� <���� ���)�� �� B: 0����) &1� �� LM����# �� �� ���������� $��� �� LJ����# �� �� ������������� $��� ����� �� �� ������ $�?0�������� ������� ����) �1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 39

Page 60: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 30: �� �� �� <���� ���)�� �� B2 0����) K�1� �� LM����# �� �� ���������� $��� �� LJ����# �� �� ������������� $��� ����� �� �� ������ $�?0�������� ������� ����) �1�

Figure 31: �� �� �� <���� ���)�� �� B/ 0���������� ������6 ����) K�1� ��LM����# �� �� ���������� $��� �� LJ����# �� �� ������������� $��� ����� ���� ������ $�? 0�������� ������� ����) �1�

40 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 61: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 32: ������ 0M����1 �� �� �� <���� ���)�� �� �� ��� �'��?����������� B/6 B: �� B2 ��� � �������� $�? ������� ����) ��

Figure 33: N���� �� �� �� <���� ���)�� �� �� ��� �'��?����� ������ B/6 B:�� B2 ��� � �������� $�? ������� ����) ��

DRDC Ottawa TR 2013-160 41

Page 62: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 34: ������ 0J����1 �� �� �� <���� ���)�� �� �� ��� �'��?����������� B/6 B: �� B2 ��� � �������� $�? ������� ����) &�

Figure 35: ��������� 0M����1 �� �� �� <���� ���)�� �� �� ��� �'��?����������� B/6 B: �� B2 ��� � �������� $�? ������� ����) &�

42 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 63: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

x

y

2P

3P

incE

P x

y

2P

3P

incE

P

(a) (b)

x

y

2P

3P

incE

P x

y

2P

3P

incE

P

(a) (b)

Figure 36: ����������� �� �� ������ $�?� �� �$� �����$��� ������������� �� ��<���� ���)��� �� ���� $�? ������������� ��8 0�1 B&��6 0'1 B��&�

�� �,������1��- 6������ '�� �� ��,��� �G ���� ��� �� �����,��� �H,���� ��" ��������� ����� ��(R���/ ��� ���0 �� �� �������� ��� �� ��������� ��������� K���<�� �� C! ��� <�� �� C2L-

6� � ����� (� ��� ����� �� �� � '����� �������� �� �� ����� � '���� �����5�����&������ � �� ���� �����������- 6� ���� (����� ��� � ��&�� ������� �� ����������� ������� ���� (��� '� �� �����5��� ��&����� �� ��/ ����� �� �������5��� � ��4���� ��� ��� ��������- 6 (� �� � 8�� � ���� �� �� '��0����� ���->� �� ���� ����� ��������� '�� ��, ��� �����,������1�� ����� ��� � �� ����,���&�� ������� �� �� ����� �� '�� �� ���������� �'� �� ���� �� ����������(�� � ������ ������� ������1�� ������- . � ��R������1���� ���� �� ������'��-

3.4.2 Plane Wave Along X and Y (Narrow-side Illuminations)

6� ���� ���������� �� ��������� �� �� ����� � (�� ������ � �� ���'�� ��,������� ���� ������� �� ���� �� ������'�� �� �� ���&�� � � '������� ��� ���������� �� �� ����� (�&� �� �������- %��� �� ��� ����� �� <�� �� CI- %��� � � ��������� �� ����� � �&�� �� �� ����� �� �� � �� ������� �� �� (����� ����� ��������� ������-

%�� ���� �� <�� �� CI� �� �������� � �� S���= �� &��( �� �� :����� &���� ������,��� ����� � ��� �� �,5��� ������1���� ����� - %�� ���� �� <�� �� CI' �� �������� ��� S��� =- <����(��� ��� �������� ��� �� ����� � ���� �� �� ���&�� � � '���������������� ����� �� ��� ������ �� S��= ��� S��� =-

%�� ��,��� �H ���� ��" �� �� ��� ���� �� �������� � �� �� �� �� ����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 43

Page 64: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 109

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

frequency (Hz)

RC

S a

mp

litu

de

spec

tru

m

Y pol, PzEy

Y pol, PxEy

Figure 37: ���������� �� �� $���� ������ �� $�� �� �� ��������� ���� ������� 0B���1 �� ���� �� �� 0B&��1�

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 109

0.05

0.1

0.15

0.2

frequency (Hz)

RC

S a

mp

litu

de

spec

tru

m

X pol, PzEx

X pol, PyEx

Figure 38: ���������� �� �� $���� ������ �� $�� �� �� ��������� ���� ������� 0B��&1 �� ���� �� �� 0B��&1�

44 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 65: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

6� '�� ������ �� �,5��� �� ������1�� ����� - %�� ��4������ �� �� �� ����� ����� �������� (���� ��� �� �� �����(R���� ��� '�������� ��� �������� �������&��-%�� (����� ��" �� '�� ����� ��� �������� �� <�� �� CE- %�� ��(R���/ ��� ���,������ � �'� IC2 ��1 �� ������ ��4���� ' �� ����� �� ��� �������- %������R���/ ��� ����������� ��(�&��� ������ �����5����-

"�������� (� ������� �� ��,��� �G ���� ��" �� �� ��� ���� ������(R����� (�� ����� �'��������� ����- <�� �� CB ���(� �� �� (� �� ��� ��4�� ��� �����5������ �� ����R���/ ��� ��� �� �� '���-

6� &��( �� ���� �'���&������ (� ��� ����� �� �� �� �������� �� ��� ������� ������ ��P ���� ������ �� (�����=� ��������M �� ���� ��������� ����� ������ ������� ���/ ������- %��� ��� '� �7������� (�� �� ��� �� �� ��" ������� ����� �� �� �������� ���������� ' ���� �� �� (����� �����R������ �����&� � ��(�&������- . '�������� ��� �������� �� (����� ��������� �����R������ �� ��������� ���(��� (�� ���/ ���- %��� �7������ �� � �� ������ ��4������ '�(��� ��'�������� ��� �� �����(R���� ��� ������� ��" � ������ ���/ ������ ��� � ����(R���/ ��� ��� (���� �� �������� ��������� �������� �� �� ��-

6 �� '� '���5���� � �7���� (� �� ���� �������&�� ������ (���� ��� ����� ��� '��� ���� ��4���� ������- %�� ������ ��� ������ ����������� �� ��������������-

3.5 Weapon Position on the Human Body (Beretta and

Man)

����� (����� ������� ������ � �� ������� ��� ��������� �� �� (����� (�������� � �� � ��� '�� ��� � ��&�� ������� (�&�- "� ���� C �������� ��� � ������� ��������D �� ���� �� �� '��� �� �� ���� �� �� '�� ��� '����� �� '��K��� <�� �� ��L- %�� ���� �������� ��� �������� � �� S<���=� S"���=� ��� S+��0=-

)���� @/ ���� ��!�� �� ����� �� �� �� +���� ����� � �� ���� ���� ��� �� ������������ �� �� ���� �� � 1,������� (�&� ������1�� ����� �:1@ ����� (�&�� ������ �� �� ��� 5���- %���� ����� ��� ��� �������� (�� �� �������&� (����� ��"(��� �� (����� �� �� ���� ����� ��� � ����- ����� ��� ���,5��� ��� �� ��� ��������� : ��������� �� ���-

%�� (������ (��� �� ���� �� �� � ���� ��P ����� ������ '�� �� ����� �� ����� ����� �� �� ���,5��� �� ��- %��� �� ��������� � � ��� �� �����,������1���� ����-%��� �� ��� ����� �� <�� �� CJ ��� <�� �� !� ��� �� ��,��� ��� �����,��� �� �����������&��- %�� ��, ��� �����,��� �� ��� �� �� (������ (��� � �� � ������� ������ �� �� ���� ��� �������� (�� �� ��, ��� �����,��� �� ��� �� ���� ����� ��<�� �� ! ��� <�� �� !�� �������&��- %�� �� ��� �� ���� ����� ��� �� �� ��������

DRDC Ottawa TR 2013-160 45

Page 66: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 39: ���������� '�$� �� ������ 0M ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� ,� *���� �� �� �� ��� �� � ������� 0�� $����1�

�� �� � ��� ��4�� �����5����- 6 �� ����� �� ����� �� ����� �7��� '�(��� ����� ��� �� (������ (���� �4��� �� (����� ����� ��- H�� �� ����� ������������� ������� ���� �� � ����� ���� �(��� ��(�� ���/ ������ �� �'���&�� �� �� ������ �� (����� � ������� � �� � ��� '��-

%�� (����� �� ��� �� �� ����� �� � ����� � � �� ���� �� �� � ��� '�� ������(� �� <�� �� !C� <�� �� !!� <�� �� !2 ��� <�� �� !I- %�� ��4������� '�(����� ��,��� �� ��� �� �� ��� ��� �� ��� �� � �� � � ��� &�� �����- ��(�&����� ��� �����5��� �� �� �����,��� �� ��- %�� (����� ����� �� (��� � �������� �� ���� �� �� ��� �� ���� �����5���� �� �� ����� �� � �� �� �� ���� ����� ������� �� �� �� (����� ����� �� �������� �� ���� ����� ��� � ����-

%�� ��� �� ��� �� (����� �� ��� (��� �� (����� �� � ������� � �� '��0 �� ��� ��� '�� ��� ���(� �� <�� �� !E� <�� �� !B� <�� �� !J� ��� <�� �� 2�- "� �������� � ���� ��� ���� (�� �� �����,(�&� �7������ �����- ��(�&��� ���� � ����� � '� �7����� � �� �7������ (�� � )*+ ������ �� �� �'��� � ���������� '� ��&�� �'� �� ����� �� �� � �� ������� ��� ������1���� �� �� ������� �� ����-

46 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 67: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 40: ���������� '�$� �� ��������� 0J ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� ,� *���� �� �� �� ��� �� � ������� 0�� $����1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 47

Page 68: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 41: �� ������ ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� ��������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� ,� *���� �� �� ����

Figure 42: �� ��������� ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� �����������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� ,� *���� �� �� ����

48 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 69: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 43: ���������� '�$� �� ������ 0M ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� � �5� ,;� �� �� �� ��� �� � ������� 0�� $����1�

Figure 44: ���������� '�$� �� ��������� 0J ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� � �5� ,;� �� �� �� ��� �� � ������� 0�� $����1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 49

Page 70: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 45: �� ������ ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� ��������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� � �5� ,;� �� �� ����

Figure 46: �� ��������� ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� �����������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� � �5� ,;� �� �� ����

50 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 71: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 47: ���������� '�$� �� ������ 0M ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� � �5� < �! �� �� �� ��� �� ���� ���� 0�� $����1�

Figure 48: ���������� '�$� �� ��������� 0J ���1 '��(������� ��� H� ������ B/ �� �� ��� �� �� ��� $��� � $���� � �5� < �! �� �� �� ��� �� ���� ���� 0�� $����1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 51

Page 72: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 49: �� ������ ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� ��������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� � �5� < �! �� �� ����

Figure 50: �� ��������� ��)����� �� �� $���� �� ��� ���� $ �� ��� �����������)����� &����� �� �� ��� �� �� $���� � �5� < �! �� �� ����

52 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 73: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

3.6 Complete System Models and Their Performance

in Frequency and Time Domain Analyses

%��� �� � � ������� � � �� �� ��� ��� �� �� ��� ����� ������ �� �� (��������- %���� ������ ��� &�� ������7 ��� �� ��� ����� ��� �� �� '� ������� ���� � � ����������- ���&������� ������� ��� '��� ���� (�� ������ �

� ���� ��1�

� ������� � �'���'��� '� ������� ��� �'���'���R'� ���� �� �

� ���&������� �� �� ��� (�&������

� ����� ������ �� �� � ��� '�� ��� �� (�����-

"��� �������������� ��� ��&�� �� %�'�� E ��������� ����� � � ��R(�&� ��� ��,����- %���� �������������� ��� � '� �����(�� �� '�� ���R ��� ���/ ���R��������� ������- 6� �������� �� ���R������ ��� ������� �� ����������� ���/ ���'���(��� �� �� �7������ � ��� ��� �� �� �7���� D � ����-

@��'������� �� ��������� �� �� ����� ������ ��� �� ��� ��� �� �� (����� ��,������ ��� '��� �� ���� � �� ���� ������ �8����� �� �� ������������� ������-%�� ������ �� �� (����� ��� �� � ��� '�� ��� �� '� ������5�� �� � �� �� ���,��'�� �� ����� � ��� �� ����� ��/ �������� ����( ��� ������ ���� ��1�� ���� ������������ �� �� ���� ������ ���- 6� ��� ��� ����(� ������������ ������ ���'����(���� �� ������ ��� '� ��&�� ��&���� ����� �(� ���� �� ����-

%�� ������ �� �� ����� �� ��� �� ����R��1� �������� � � � �� 5�� ����� ������-%�� ����� � �'�� �� ���� ����� �� � ������ ��&��&��� �� ������� �� � ��� ����� (����� �� � ��� (��� �� ������ �� �'� -2 � �(� ���� �� � ���- .�� ���� ���� �� ���� ������ (��� �� ������ � ���� �����R(�&� �7���������/ ���� �'� � ��� �����- <�� ��(� �� ��7�� � ����(�'�� ������� '�(��� ����� ���� ������ ��� � ��� ����� �7���� -� �- %��� ���'��� � � '� ����������� �� � �� ��� ����� ' �� ����� ���� �� ������ ����� ������������- " ��������5������ (��� ���� ����( ����������� ���� ������7 ��������� ���� ���� ������� ��� ��� ��&���� � ���� ��� � ����� (������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 53

Page 74: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 7: ������ �� ������������ ��� �����) �� ����������

���� ���� ��1� ������D ����A�2��7�� �D ����A I

�����&� ���� ��5����� ������������������ � �'���'��� '� ������� � ���� ����AI���&������� ������� ",�������� ���&������� �����D Q �-��2

����� ����,�������D � ���� ,B� �+����� ������ ������ ������ ������� ��� ����A ����������� �� � ��� ��� � � '� ���������

54 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 75: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

4 Recommendations Regarding Real System

Parameters

%�� �������������� ��&�� '���( ������� �� ���/ ��� ������ ������1����� ������� ��� �������� ��� '����� &�- �������� �����-

.- <�� �� �����'�� ������� �� ����� ��� 0��&�� ��� ���� ��������� � �� �����,������ � ��&�� �� ���/ ��� '��� ���� C�� ��1 ��� �� (� � � C 3�1-*���� ����� � '�������� � ���� �� ���/ ������ � � � 3�1 ��� � 8������� ��� ������ ��������� ���� ������ ���( �� ���� �� �����5��� �������������� �� �� (����� ����� �� '���� � 3�1- @&�� � ����� (����� � �� ��.; !E �7��'�� � ������������ ��������� � � ���/ ��� �� ���� �� �-E! 3�1-%�� ����������� ���/ ��� '��� (��� ��&�� ��� �� �� �������� ����������� � � (������ �� ��1�� �� ��� ���� 2 � 2� ��-

+- %���� �� �� �� ' �� � � ������ � ���� (��� ��&� � �7���� ������1���� ��,&����� �-�-� ���� �������&�� (��� ��&� � '� �/ ����� (�� (� �����,������1���������- %�� ������������� ������ ���( �� �� �����,������1�� ����� ��, ��� �� (������ ��� ������ ���� �� ��,������1�� �� ��- %�� ���� �����5����������� ��� ���� �� �� (����� ������� � ���� ������ � �� @,5��� �� ��������� (�&�- 6� ������� �� ��,������1�� ����� �� �� ������� �����������'� ���� ������� ����� (���� ��� ������� ����� �� @,5��� �� �� �������(�&�-

�- . �� ���� ���� �� � ���� ���( �� � '����� ����� ���� (��� �� ��&������5��� ��&������ �&�� � �������� ���- %��� �� � �� �� � (��� � 8��� ��&� � �����&�� � �� ������� �� �� ��������-

�- >� �� ���� ����� � (� �� ���� �� �� ����� � (���� � ���� �� ��� �������� ��&� � �����5��� ����� �� �� ��������- %��� �� ���� � � � �� ����� �� ����� �����,������ ������ ������� �� �� �����,������ �� �� (������� � ����� ��������� ��� � �� �������� �� ���������- 6 �� � � ������������ ��&� ��&���� �������&�� ������� ���� �������� �� � ������� �������������-

< ���� �������������� ��&�� �������� ������� �� ������ ������ ����� ��� ��7,�� � �������� ��(��-

4.1 Radar Range Equation

%�� ����� ����� �/ ���� ��&�� �� ���� �� �����&�� � �������� ��(�� &�� �����&���� �� ����� �����,������ ���"� �� �� ���� �� 0��(�- 6� � ��������

DRDC Ottawa TR 2013-160 55

Page 76: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

�������� ���������� ��� �����&��� ������� ��� ��,�������� �� �/ ���� ��

����� ������ ����������������������

��

����

��

������ &�� ������ &��

������� &��� ��E�

(���� �� ��� �� ��� �� �������� ��� �����&�� ��(�� &�� ��� �������&��M ��� ������ ��� �� ��������� ��� �����&��� ������ �8���������� �������&��M ������ ��������� ��� �� ��P����� ���8����� � �� ��������� ��� �����&��� ������ �����,���� �������&��M �� ��� �� ��� �� ��������� ��� �����&��� ������ ������&�����C

�������&��M � �� �� (�&������� � �� �� ������� '�(��� �� ������ ��� ������� ��� � �� �� ��" �� �� ����-! %�� ������&���� ��� �� ��" ��� �&�� ���� �� �������&� � �� ������� ��� ��������� �� �� ������ ��� �� ����- <��, �� 2 ��� ����� �� ������ (���� ��P ���� �� ������ �� �� '��0������� ������-%���� ���D �� ���� ����� ���� ���� �� ����� �� �������� ���� ���� ��� �� ����� ����������� � �� ���� ���� ���-

*��� �� ����� �7����� ������1���� ��&����� ���� ��� (� �����&��� �������-%������� ��� ��� ������1���� �������� � �� �� �� ��������� ������ ���,����G ������� ��� �� ���� ��� ������1���� ��������� � �� �� �� ��������������� ������,��� �G �������- 6� �������� �� '��0������� ������ ������� '��� ��,��� ��� � �����,��� ��������- %�� (� '��0����� ��������� ��� ���,�������� ������'�� ' �� ��,��� ��� �� �����,��� ��" �� �� ����� ��� ��� ��-%�� '��0����� �� ���� ��� �� ��������� ' �� ���������� ������1�� �������-%� �� (� �����&�� ��(�� &�� �� ��&� � '� ���� ����� �� ��,��� ��(�� ���� ��� �������,��� ��(�� ���� ��� ���� ���� � ������ ����������� ������ �� ��(�� �� (���� ��,����1���� �� �� ���������- ��� �� (� ������� ��� ��������� �� �������� �� 1����� ���� ����� ��� �� �� �'����� �� � ����� (�� '�� ������� �� ���� ����=� ���,����� �� ��7�� � ��������- *� �� �� �� ������� ��� ������1����,���� ����-%��� �� ������ (��� �� (� ������� ��� ������� ������1�� ��� ��� �������������������� � ���� ����M �-�-� � %G ������ �� ����� �� �� �G ������ �� ����� � ����� ���������� �� ����� �- ��(�&��� ���� ���� ������1�� ������� ��� '� ������1�,������ ���� ���� �� (���M �-�-� � %G ������ �� ����,���� ���� ���� ������1�� ����� �G ������ �� ���,���� ���� ���� ������1��� �� &��� &����-

�%�� ������ �8����� �� �� ���� �� �� ��(�� �������� ' �� ������ � �� ��(�� ��� ��� ��������- 6 �� � ���� �� �� �� ������ �� �� ������ �� � ��-

C%�� ������&� � �� �� ���� �� �� ������ ���� � �� �� ������ �8����� �� �� ��� ��V���-�-� � � ���- + ��5������ �� ������&� ���(� �� �������� ������ �� �� ��&�� ���������������� ' �� ������ �� �������� � �� �&������ �������� ������- %�� ���� �� �'������� �� ��� ������� ��(�� ��&���� ' �� ��������� ��� � �� ����� ����� �� � �������-

!%�� ��" � �� � ���� �� �� �4���&� �������� ����� (����� (��� � ������� ' �� ��(������� �� �� ������� (�&�� ���� ��� �� �4���&� ��� ������� ��(�� � �� �� �� �&������������� ������ ���� ������� ��(�� ��&���� ' ��� �� �� ���� �� �� ���� ��� ' �� �������� � �� �����&��� ������-

56 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 77: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

tR R=

rR R=

( , )t tθ ϕ

TX

RX

( , ) ( , )r r t tθ ϕ θ ϕ=

( , )i iθ ϕ

Figure 51: 7��������� ���� ������� �����������) �� ��)��H���� �� �� ������ ��������� �� ���������� �� �� ������� �� �� ���)�� �� ���� ����� ��� ���� ������ �����?��� ; $���� ��'���������� ��� �� �� ��)���� �������� ���� ����� �� ���)� �����? �� �� ������ '����)��� �� �����?��� �� �� ���?��) ������� ��� �� �� ��)� ���� ���6 �� $���� �� '��(������ ����?�� ������)���� ��� '����)�� �� ����� �� ��� $�� �� ���� �� �� �����������) ������6���� ��� � ���� ���� �� '��(������ ��)��� ����)�� ��� ��'���������� �� ����)� �� ������ ���� ��� �� $���� �� ���)� �� ���������� �� ��)� �� �������� ��(� �� �� ����� �������� ����� �� �� ���)��

DRDC Ottawa TR 2013-160 57

Page 78: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

����� (� ��� �� �� �� ��������� ��� �����&��� ������� ��� ��������� �-�-� ��������&���� ��� �� ���� ��� '�� �� ��,��� ��� �� �����,��� �����&��� ��������� (��� �� ��� �� ��������� ������- *� ���� ��� �� �� �� ��������� ��������&��� ������� ��� ������� �� �� ���� '������� ��������� ��� ��,��������� �-�-����� ��� � ���� ���� �� ��� ����� �� <�� �� 2 - *�� ���� ��� ������� @/ ���� ��E�'������

�� ������

� ��� ��� �������� �

����

��

������ &��

�� ��������� &�� ��B�

%�� � '������ ���� �������1� �� (� ��(�� ����� ��� ���� ���� (��� ��, ��������,��� �� ��� ��� ���� ���-

4.2 Estimated Receive-to-Transmit Power Ratios

%�� �����(��� ������ �������� &�� �� ��� ��� ��� (��� ��������� �� �����&�,�,������ ��(�� ����� &��� � �� ����� �D

� �� ��,��� ��" ��� � �� �� ����������� � �� �� � ����� ����� � �+�����

� �� ������� ��������� �� �'� I�� ��1�M ��� ����������� �� ��7�� ���,��� ��" �� � ���� ������� �� ��� � ��� �

� �� �'� B�� ��1�M

� �� �����,��� ��" �� � ��� �� ����������� � �� �� � ����� ����� ��+����� � �� ������� ��������� �� �'� I�� ��1�M ��� ����������� ����7�� � �����,��� ��" �� � ���� ������� �� �� � ���� �� �� �'� B����1�M

� �� ������ �8����� �� ��� ��� �� � ��� (���� �� ����� ��� � ����,/ ��������� N�&���� ������M

� �� ��P����� ���8���� �� �� � �� (��� ����(�'�� &�� � �� ����� � ����(���� ����������� � ��� �+-

��� �� ������ (������ �� ��&� ������ ��" ' � ����� �� � � C- ��(�&��� � ����(�� ��" �' �� � �� �� �� ����� �� ����� ��� �� ���� ��� � ��������� �� ��(����� ��1� ��� �� ����� �� ��� �������-

%�� ����� ����� �/ ���� ����� (��� �� ���� �� �� �� ��� 1��� �<�� ������ ��������� �� ����� ������� (���� ���� ������&� �� � �������� � / ���- 6� �� ���1���� �� �������� ��(�� ����� ��������� ������ �� ���� ��� �������� ������ ��� ��� �����' ���-

6� �� ���������� ��������� ����� �� <������� ������ �� �� ������� �� ��(������� ��������� ����� �� ���� �(�� ���� P � ������ ' �� ��� ��� �����' ���

58 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 79: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

������� �� � ��� �� �������� ��������'��- >�� �� ��� ��(�&��� ��� �� �� ������� ����� �/ ���� (� �� ���� �� �������'�� ������� �� �� ���������� �������� (���-

6� �� �����&� ���� 1���� �� ����� ����� �/ ���� (��� ���� �� ������� � ��� ��-%��� �� '��� �� �� ��� 1���� �� �������� 5��� �� ������ �����&� ��� ��� ��������������� ���������� �� '�� �� ������� � � �� ������ ��� �� ��� ��� ��������� �� �'���&���� ����- ��� ��������� �� �� ���� �� (���� �� ���� 1��� ���� ������� � (��� �� ��� ���������������� � �� ������� � �� '������� ����� �� �������� ���� ������ ��P ������ ������ �� ������- %�� ������ ���� ������������� �� �� �����&� ���� 1���-

6� ��� � �� (� ��� �� �� �� ������� (��� �����( �� � ����� �&����'�� ���,(���'��� N�&���� ������- %��� ������ ������ ��� ��� � ��1� �� �� � ���- %� ���� ������ ��1� �� �� ������ ������ �� :�+ ������� ���� � '����� �������� ������������ �� :�+ ������ �� � �� �

���� � �� ��� ��- )���� �� �/ ����

��� �� ���,1��� ��(�� �����

���� ����

��

�� ��J�

(�� �� ������ (�&������ �� � � ���/ ��� ������

� �� ��

� �� ��� ��� � ��� �C��

(� ���� ��� �� ����� � ������� ��/ ���� ��� �� �'���&���� ���� � '� �� �� ���1��� �� ���� �� �- %� �� ����� ����0���� �� ����� ����� �/ ���� ��� '� ������ �����'�� ������� ��� ��� �������� � � �� �-

*� ��7 ���� ��� �� ����� � ������� ��/ ���� ��� �� �'���&���� ���� � '� ���� ���������� �<������� ������ ����

���� � ���

���

��

� �� ���� �C �

%� �� �� <������ ������ �� �� )*+ N�&���� �� �� �� ����� ���� � � � �� �-

"���� �� ����� ����� �/ ���� ��� ���� ���� �� �������'�� ��� �� �� �� <������������� (� (��� ���� � �� �����&�,�,������ ��(�� ���� ��� (� ����&���D � ���� � � ! � �<������ ������ (���� ��� �� ��� ��� ��������� ��� �� ���� ! � � �� �<�� ������ ������ (���� ��� �� ��� �������'� ��� ����-

*� ��� �� �� '����� '�(��� �� <������ ��� <�� ������ ������� �� �� ��������� �� 5��� ��������� ������ &�� ���� ��� � �� �������� '�(��� �� (�-

DRDC Ottawa TR 2013-160 59

Page 80: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

4.2.1 Results in the Fresnel Region

"���� �� N�&���� ��� � ���� (���� ������� (�� ���/ ��� �����5����� (� ��������(� ���/ ��� �����D

� . !�� ��1� �� N�&���� ���� ��� ������&�� �� -B �+ �� -2 �� � ������ �����-@��������� �� N�&���� '���&�� �� � ������ � !�� ��1 (���� �� ������&� ���� ���� �� �� �� � ����� ������-

�� . 3�1� �� N�&���� ���� ��� ������&�� �� !-E �+ �� �'� C-� �� � �����������-

%�� ��,��� ��� �����,��� ��(�� ����� � !�� ��1 ��� 3�1 ��� ����� �� <�� �� 2���� <�� �� 2C� �������&��- *� �'���&� �� �� ��(�� ���� �� �� ��� ������ �!�� ��1 ��� � 3�1 ������ �� ������ ������ ���� � 3�1- %��� �� � � ��� � �� ����������� �� �� ������&� ��� �� ��� �� (�&������ ��� �� ��@/ ���� ��B�- *���� � ��������� � ���� ���� !�� ��1 � 3�1� �� (�&��������������� �-2 ����- %�� �����,��� �� ��� � !�� ��1 ��� � 3�1 ��� ! ����(��0�� ��� �� ��,��� �� ���� (���� �� � � � �� ��� �� �� � �����-

��7� (� �������� �� (���,���� �������� �� ���� �� (�&������ (��� � � � �� � ��� �� �� � 3�1�- *� (��� �� �� ���� ��, ��� �����,��� ��" �� '�����- %��� ����(� ��� � ����� �� � �&�� ��� ������&� &�� �� ������� ���� � �+ � �+ (�� ���� �� C �+- %�� ��,��� � �&�� ��� ����� �� <�� �� 2! ��� �� �����,��� � �&�� ������(� �� <�� �� 22- "���� �� ��(�� ���� ������� �� �� ������&� �/ ����� ��� �&�� �� ���� ����� ��� �������� �7��� ' I �+-

60 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 81: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

x 10-5

range (m)

Pr /

Pt

Power ratio for co-pol 400 MHz

Power ratio for cross-pol 400 MHz

Figure 52: ���?������������ ��� �� ��������� ��$� ������ �� G@@ 75� ?�������) $����� �� *���� �)���9 �� ������ )��� �� /�3 0/�� <1�

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0.5

1

1.5

2

2.5

x 10-5

range (m)

Pr /

Pt

Power ratio for co-pol 1 GHz

Power ratio for cross-pol 1 GHz

Figure 53: ���?������������ ��� �� ��������� ��$� ������ �� / 45� ?���� ���)$����� �� *���� �)���9 �� ������ )��� �� 2�@ 0G�� <1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 61

Page 82: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 54: ������ ����� �� < ?���� ���) $����� �� *���� �)��� ��� ���� )���?�����

Figure 55: ��������� ����� �� < ?���� ���) $����� �� *���� �)��� ��� ���� )���?�����

62 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 83: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

4 5 6 7 8 9 10

2

4

6

8

10

12

14

16x 10

-8

range (m)

Pr /

Pt

Power ratio for co-pol 400 MHz

Power ratio for cross-pol 400 MHz

Figure 56: ���?������������ ��� �� ��������� ��$� ������ �� G@@ 75� ?�������) $����� �� ��� ���9 �� ������ )��� �� /�3 0/�� <1�

4.2.2 Results in the Fraunhofer Region

%�� ���� �� �� ��� �� �� ���� �� " '������ !-�- ��� ��( �������� ��� �� �����&�� �� � � � � �� �� (���� ���� (���� �� ��� 1��� �<�� ������ �������- <�� �� 2I��� <�� �� 2E ���( �� �����&�,�,������ ��(�� ����� � !�� ��1 ��� � 3�1(�� �� �������&� ������ �����-

<�� �� 2B ��� <�� �� 2J ���( �� ����� ��, ��� �����,��� �� ��� �� �+ ��� �� � ����&�� ��- .����� �� ������ ���� �������� �� C �+ ����� � � I �+ �������� �� �� ������� ��-

DRDC Ottawa TR 2013-160 63

Page 84: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

4 5 6 7 8 9 10

2

4

6

8

10x 10

-8

range (m)

Pr /

Pt

Power ratio for co-pol 1 GHz

Power ratio for cross-pol 1 GHz

Figure 57: ���?������������ ��� �� ��������� ��$� ������ �� / 45� ?���� ���)$����� �� ��� ���9 �� ������ )��� �� 2�@ 0G�� <1�

Figure 58: ������ ����� �� < ?���� ���) $����� �� ��� ��� ��� ���� )��� ?�����

64 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 85: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 59: ��������� ����� �� < ?���� ���) $����� �� ��� ��� ��� ���� )���?�����

DRDC Ottawa TR 2013-160 65

Page 86: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

4.3 Antenna Gain and the Half-power Beamwidths

(HPBW)

<�� ������� �� (���,��5��� ������ '���� ������ ������&� ��������� �� �������'�(��� ������ ������&� ��� �� ����,��(�� '���(���� ��:+*� �� �� (� ��,������� ��������� ������ ��� '� �� �� ���� ;�� �= ���� �� K!JL�

� �����

������

�C��

(���� ��� �� �� @,����� �:+* ��� ��� �� �� �,����� �:+*� '�� �� �������- %������� �� �&��������� �� ������&� �� � � )*+ N�&���� ������ � � 3�1 (������ ������ ��� �� ������ ������&� ��� �� '���(���� ��� ������� �� ��� � ������ � ��- 6 ��&�� � &�� � �� -I �+ (��� �� �� �� ���� �� �'� B-� �+-

���� �������� ��������� �� ��&�� ' @����=� ���� �� K2�L

� ����

������

�CC�

��� ��� ������ �����- 6 ����� �� ������ �� �-I �+- �� ��� �� ���� �������� �'����� ���� �� %�� ��� :������� ���� �� K2 LD

� ����

���� � ���� �C!�

%�� N�&���� ���� �� �� (��� ������� ' ���� �����7���� �7��������� '��� �� ��� �� � &�� ������&� ������ ��� �� ����� �� �� (��� �����7����� ' � ������������ '���- . ���� �����7������ �� ��&�� ' �� �����(��� �7��������

� �����

������

�C2�

(���� �� ���8���� �� �� � ������ (�� ��� ��� � 5 �� ���� ��� �:+* ����&����'�� ��� �� N�&���� ������-

%�� ������ '���(���� ��&� (�,���� ��������� � �� ���� �����������- <���������( '���(���� ���� ������ ����� � �� ������ �����&�,�,������ ��(�� �����-"������ �����( '���(���� ���� ���� � ����� ����������� �� �� '��� (��� '�������� ��� ��� �� �� ������� ������-

>� �� ���� ����� �����( '���(���� �� ���&��� ��� 8���� ���� ��&����� (����� ��� �� &�� ����� � �� ������- <�� �� I� ��� ����� �� ������ ����������

66 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 87: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

������� '�(��� �� ������ '���(��� �� �� &������ �������� �� � �� ����� ���� �� ��&���� ����� (��� �� D

���

����

����

�� �CI�

%�� N�&���� ������ ��� ��� �&������ �:+* �� �� &������ �������� �� � ���- .� ����� �� �� �� ��� �� ��� ����� ����������� � � ����� (��� �� �� &�������������� �� �� � � � ��� ����� �� � &�� ��� ����- <�� �� ������� ������ ����� ��� �� ����� (��� (��� '� ������ ��� �� ��� ��� �����5��� ��P������ ����� ��� ����� �'���� ��� '� �7�����- <�� �������� '���( �� ��� �� ������ �� ������� � ��� ����� ������ � ���� (���� �� ����� ��� � �����-

%�� ���� ��� ���� ���� �� �� ����1���� �������� (���� � ��7�� ������ (����� � ��� �� �� '� ��� ��� �� �� � � �- > � � ���� ������ ������ ��� ��� ���&����� ����1���� '���(��� �� �� � �

�- %��� ����������� � � ����� � ��������� �� �� �� � � (���� �� ������ '��� (��� �7��� ���� � ����� (��� �� �- 6� � � �� ��� �� '��� (��� '� (���� ��� �� ����-

����� (� ��&� � �������� �� ��� �� �� ��� 1��� �� �� N�&���� ������ �� ���������� '���( ' �� ����������� �� �- .� (� ���� ���� ���&�� ��� � �� ������'�� �������� �� ���� ������ �� �� ��� 1��� (���� �� ���� (��� �� �� ��� �����&��� �� ������- "���� ���� � �� �� ��� ���� � �� ��� � �� ����� �� �� ������'��� (��� ��&�� � �� ������ ����� ���� ��� �� ���������� �����,������ �� � ������ ���� ��(�� (��� '� ��P������ ���� �� � ��� ����� ��&�������- �����&���� ��( ���/ ������� � � N�&���� ������ ������� ��������� �� � ������� �-�-� � ��� ���1�� � ������&� ��� � &�� '���� '���(��� �� �� ���&���� ����� � �����-%� �� � �� ��( ���/ ��� ���� �� �� ��� � ����� ��� ���&��'��-

>�� �� ��0 (����� (� �� �� �����&� �� ������ ������&�� ��� �/ �&��������� �� �� '���(����- %�� ���(�� �� �� ��� ��� '� ���� ��� � �� �7����� ����0��� �� ������ ������- %�� � ���� ������ �� ������ ����� ����� ��� � ��'��� ��,��� (���� �� � '� / ��0� ������� � �� �������- *� ��� �� (�� ���� �������� � �� ���'�'� ����� � �� ������� �����'�� ������ ��� �� '���(��� '�(���!�� ��1 ��� C 3�1 ' ����� �'���&��� �� � !�� ��1 � '���&�� ��������� ��� ����� ������ ��� �� ��������������-

��� ���� �� ���������� �� ��1� �� �� ������ (��� �������� ����- . ������� �� ! �2 � �� ������ ���/ �� ��� �������� �� �� ���������� ��&������� �� � ����,���0�� ���� �� � � � ���� ������� '�(��� �� ��� �� ������ ��� �� ������� ������-6� � ��������� ��&�������� 57�� ������ ��� '� �������� (�� ������ ������� ���&�� ������ �����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 67

Page 88: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

R

Vθ VW

Figure 60: ,����������� �� �� ������ 5B<- �� �� �� ?������ ������� �� ���������� �� �� ��������� ����� $��� �� �� � ���) ��

6� � ��������� ��&������� (�� � 0��(� ������ � �� �� '� '���5���� � ���������� '���(���� �� �� �� 5 �� � �� �� �����'�� �� ��7�� � ���� �7��� ���� &������ ��� ����1���� ���������- %��� (� �� ��� �� �� ��P������ ��� �� ����,��������� �����������- 6� �������� ��� (� �� �����&� �� �����&��,�,����������(�� ����- .� ���� ���� @/ ���� ��B� ��� @/ ���� �C2�� ��� ���� ������� ���� (� �:+* ��

����� �

��������

� �CE�

��(�&��� '���(��� ��������� (��� ������ ��&��� ��/ ������� �� �� ������ ��1�-%� ��������� ��� ���'���� �������� �� �����(��� ��������- %�� ����� �� 57�� �� � � ��� �� ������� &������ ����� (��� �� �� '��� ��&����� �� � �- )����@/ ���� �CI�� (� ���� ��� �� ������� &������ '���(��� �� �� ��- .������ ����� �� ������� ����1���� ����� (��� �� �� '��� ��&����� �� �� �� ����1���������� '���(��� �� �'����� �� �� ����- %���� ������ (� �� ���������� � ����� �� �'� IJ �� B �+� �� ��� @/ ���� �C2� �(���� �� &�� ��0�� � ������������ �����- . �������� �/ ���� ������� �� ��7�� � �����&�'�� ������ ���� � �������� ��1� �� K2�L K2CL

' �� ��#�� � ��# �CB�

(���� � � ���� �� �� (�&� � �'�� ��� # �� �� ���� � �� �� ������� ������ (�������� �����'�� �� ������- <�� � �� � �� �� C�� ��1� ���' �� � ��� (� ���� ����� �# ����- . � ��� ��� ��/ ���� � ����� � ���� � �� # �� � ���� �- ����� ��� ������� �� ������ (���� ������ ��������� �� ������ ��� � �- .��� ����� @/ ���� �CB� �� � ��������� ���� (���� �� ��������� �������'�� � �����&�� �-�-��� ������ ��1� (��� ��&� � '� (��� �'�&� �# ��- .� �� �7������ � ����,/ ��� ���������� �����&�� � ���� �� I �+� (��� �� ���� �� �� �'� � � �� '�� ���������(���� � �� � � ���� �� � �� � � �-

68 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 89: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 8: 7�&���� ����$ ��$� ����� ��� ����� &����� �������) �� ������ O

$� � �% &�'() ��* � # ���% �+�� �� ����� ,�! &!�)C�� � 2�� �A���� I 2�� � 2��� � I�� �� �� ��1

6� � ����� � �� �� �������� � ������ ������ �����5������ ��� �� ������ ������'���� �� ���� �� '���(���� �� �� ������ �� � '� ��� �� � ����'�� �����- %�������5������ ��� �� ������� ����� ������� ��� ��( N"*� �&����� ������� (�&������ �� �� '���(��� �� ������ �� ����� � ��� �� (�&����� 5����- %�� �4�� ���� �� ��� � ����� (��� ��&� � '� ��������� ' �� �����&�� ������-

4.4 Maximum Transmitted Power

� ���� �� ���� ������� �� �����(��� ��������� �� ���� � '� ����������-

4.4.1 Safety Code 6 Canada [54]

"��� ���� I� "����� �-�� �����5�� �7��� �� ����� ��� ������� �>% ������5�� ���< ��� �����(�&� (��0��� ��� ������� � '��� ���� ���� �� ���� �� ������� 5��������� ��� ��(�� ����� ��� ���/ ������ ������ ��� �� ��1- %�� &�� �� ������ �� ��(�� ����� ��� � �����1�� �� %�'�� B �� �� ����&�� ���/ ��� '����-

%�� ������� '�(��� �� ��7�� � ��(�� ����� ( �� ��� �� ��7�� � ��� ����,���� ��(�� ��

�� �� �( �� ����

'�

�CJ�

(���� '� �� �� ������ ���� �� �� �������� �� ��7�� � �������� ��� � �� �������- <�� � ����� ������ �'� � � �� ��� �7������ � ��7�� � ��(�� ����� ��( �� � �� ���� � � � � �������� ��� � �����5��� ��� ������� ��(�� ��

�� �� ��� �� �

� � ������ �!��

*� � � '��� �� ���� �� �� ������ ���� ������� �� �� ���/ ���- <�� �7�������� )*+N�&���� ������ ��� ��7�� � ���� � � 3�1 ��� � ��'� �� � �� �B-� �+��-. � 3�1� (� ���� ��� �� ��7�� � ����(�'�� �������� ��(�� �� �� �� ���*�2I-B �+��- ����� �� � !�� ��1� �� ������ ��� � ���� �� -2 ��� �� ��7�� ���(�� �� ��&�� ' @/ ���� �!��-

DRDC Ottawa TR 2013-160 69

Page 90: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

6� � ����� ������ (� ��� ��� �� �� �� ��(�� ��&�� �� �����' �� ����� ��������� �� '��� �� ������- %� �� �� � ���� �� � '� �����5�� �&�� ��1 �� '���(����� '������

��� ����� �� �

�� �������

����

����� ��� ������� ! ����� "#��� !� �! �

%�� �'�&� ���� �� �����5���� ��(�� ��� �� ����� ������� ' �� "��� ���� I������-

70 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 91: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

5 Simulation Models of the Complete

Ultra-Wideband System

%(� ��������� (��� � ����D � � � ����,������ ���� ���� ���� � � ����� ���(��� �� �������� �� � � ���� ��� ��� � ����,������ ���� ���� ���� � ������ ��� �� �� �������� �� � � ���- %�� ����,������ ���� ��P��� �� � �,��� &����� ��� �� ����(��� ������������ �� �� �����,'���� ���������,(������������- %���� �������� ���,(���'��� �)*+� ������� (��� '� ���D ��� ������������ �� ����� ������� ��� ��� �� �������� �� �� ��,������1�� ���� ��, ��� ��� ��� ��� �� �����,������1�� ���� �� ��- 6� '�� ��� ���� ���������� ������ ��� ��������� ��� �� �������� ��������� �� �� ����,������ ����D � �����P����� ���8���� � �� ��������� �������� � �� ������������ ���8���� ��� ��,������1�� �������� ��� � �� ������������ ���8���� � �� �����,������1���������- %�� (� �� �� ��� ������'�� '���(-

5.1 Antenna Description

%�� ������ (�� �������� � �� ���� ������ ������� ��� �� �<"" K!EL �����(�� ���&���� �� ��������� ����- <�� �� I ���(� �� ������ �� ���������� ��� ���������� ���- <�� �� I� ���(� �� ������ �� �� ���� ���� ���� �� �"%�����(�&�" ���� (���� �� ����� � �� �<"" ������- 6 �� �&���� �� �� ������ �� (��������� �� �� '��� '�(��� �-! 3�1 ��� C 3�1-

295 mmL =

350 mmW =

4.65 mmw =

60 mmg =

1.5748 mm2.33r

==

Figure 61: "����� �� �� =-< ������ ��)� �� �� ����� 7������� ����) ���� �� �� �������� �����) �� �� ���������� ��%�������� ����� �� ?���� ���� ��'����� ��)�� � �� ��� �����? �������?��� �� �� ���?� �� �� �����

DRDC Ottawa TR 2013-160 71

Page 92: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

frequency (GHz)

Figure 62: ����� ���� �� �� =-< ������ ������ '� � � � �����������

#1

#2

#3

Figure 63: ��������� ��� �� � ���������� �������� �� � )�� �� ��� �����

72 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 93: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

5.2 Three-Antenna System for Measuring Gun

Signature in Open Space

%��� �� � �� ���(� �� <�� �� IC- %�� &������ ������ ���0�� �� [ �������� '��������� ������ (���� ����� �� ����������� '�(��� �-C 3�1 ��� C 3�1-.����� [� ���&�� � �����&� �� ��,������1�� �� �� ���� �� ���� (���� ������[C �����&�� �� �����,������1�� �� ��-

6� ����� � ��/ ��� �� � � ����� ��� � �� �������� � ���� � (� ���� ������D��� ����'����� ���� ����� (���� �� �������� ��������� �� �� ���� ���������� ��/ ���� �� ���� ����� �������� ���� �� � ��M ���� �� ���� ����� (���� ���������� ��������� �� �� ���� ������� ��� ��/ ���� (�� �� � �-

%�� (� ��� �� �������� ��������� ������ �� ��� ������� ���� (��� � ���� ���� �� �� �������� �� �� � �� ��� ���(� �� <�� �� I!� <�� �� I2� ��� <�� ��II- 6 �� �&���� �� �� ������ �����&� ��4������� '�(��� ����'����� ��� ������ ������ ��� � �� �� ��,������1�� � �� ������� ��� �� �����,��� ��� ������� ����5����� �� ��P����� � �� ������ ����� � '� �� ���� �4���� ' �� �������� �� ��� �-

6 �� �������� ��(�&��� � ��� �� �� � �� ������ �� �� ������� ��� �&�� �������4������� �� �� ����'����� ��� �� ���� ������ �� ������ ������ ��� ���� ���� ��� ��� � �� �������- %� ��� ���� ��� ����� �� �'��� � ��4������ �� �� ����������� ��� ���� �� ��� �����- %���� �'��� � ��4�������� �������� � �� � ������ ���� ��� ���� �� ' � ������ � '������ �� �� ������7,&�� �� ����������������� �� �� ����'����� ���� ����� ��

� �� � �� C� ���� ���� �� �� ������ ����� ���

� �� � �� C�D

�� � ���

� � ��� �!��

%�� ����� ��� �� �� ���� ����� ��� ��� ���(� �� <�� �� IE- 6 �� �&���� ������ ����� ��� ��� �� ����� ��&� �� �� ����� �� �� ���0� �� �� ���� ����� ������ �� �� ���� ��������- +��� ���� �����5����� ����� �����'�� ��� �� �������&� ����� ���- %���� ��� ��5��� ��

$�� �

���� � ��

����� � ��

�� ��� �%� �!C�

%�� ����� ��� �� ��� ���� �����&� ����� ��� ��� ���(� �� <�� �� IB- <��� <�� ��IB'� � �� ���� �� '���( 3�1� �� ��� ����� ��&� ������� ���0 �� � IBJ ��1�� �� ����� ������- %��� ������� ���0 �� �� �������� (�� �� ��� �� �������

DRDC Ottawa TR 2013-160 73

Page 94: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3-30

-25

-20

-15

-10

-5

frequency (GHz)

20l

og 1

0 |S

11| (d

B)

antennas only

antennas plus gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

frequency (GHz)

Ph

ase

S1

1 (

de

g)

antennas only

antennas plus gun

(a) (b)

Figure 64: �� �F����� ��P���� ��� ��%��� $�� �� )�� �� �� ��� ����8 0�1��)���� 0�� <16 �� 0'1 ���� 0�� )��1�

�� �� ���&�� � � ���� (���� �� ���� � � �+���� J<"� ��� ������� ���0� �� ������� ��� �����,��� ������� 5���� � �'� I!2 ��1- )���� ����� �� �����,����� �� ����� � '� �� (��0 �� ��� ������ �� � �� ����� � ���� �� ����� ��&���� ��- 6 �� '� (��� ��&�������� �������&� ������ ����������� � �����&��� �����,������1���� ����� �� ������-

74 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 95: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3

-70

-60

-50

-40

-30

-20

frequency (GHz)

20

log 10

|S21

| (d

B)

antennas only

antennas plus gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

frequency (GHz)

Ph

ase

S21

(d

eg

)

antennas only

antennas plus gun

(a) (b)

Figure 65: �� ������������ ��P���� ��� ��%��� $�� �� )�� �� �� ��� ����80�1 ��)���� 0�� <16 �� 0'1 ���� 0�� )��1�

0.5 1 1.5 2 2.5 3

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

frequency (GHz)

20

log 10

|S31

| (

dB

)

antennas only

antennas plus gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

frequency (GHz)

Ph

ase

S31

(d

eg

)

antennas only

antennas plus gun

(a) (b)

Figure 66: �� ������������ ��P���� ��� ��%��� $�� �� )�� �� �� ��� ����80�1 ��)���� 0�� <16 �� 0'1 ���� 0�� )��1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 75

Page 96: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 67: 7�)����� �� �� )�� ��)������ $�� �� )�� �� �� ��� �����

0.5 1 1.5 2 2.5 3

100

200

300

400

500

600

700

800

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

ign

atu

res

(%)

S11

signature

S21

signature

S31

signature

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

5

10

15

20

25

30

X: 0.6888Y: 20

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

ignat

ure

s (%

)

S11

signature

S21

signature

S31

signature

(a) (b)

Figure 68: 7�)����� �� �� �����? )�� ��)������ $�� �� )�� �� �� ��� ����80�1 ���� 2@@ 75� �� 2 45�9 0'1 ���� 2@@ 75� �� / 45��

76 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 97: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

5.3 Three-Antenna System for Measuring Gun

Signature in the Presence of Lossy Dielectrics

%� � � �� �4�� �� �� � ��� '�� �� �� (����� ����� ��� � ������ ����5������� �� ����� �� <�� �� IC (�� ����� ��� ' ������� � ���� ��������� ���' '������� � �- %�� ����� �� ���(� �� <�� �� IJ- %�� ���' ������ �� �4��� �� �� � ���'�� (���� � �� ���� ��� ����(� ��� �������'�� ���� ������ ��� ��� �����-%�� ���' ��� ���,��������&� ��������� (�� �����&� ������&� �� !� ��� �����5����� ��&� � �-B "A�-

Figure 69: ��������� ��� �� �� ���������� �������� �� � )�� '��( '�� ����� ������� ���' �� �� � �� �� � � �� +�� �� ������ ���� �� ��������� �� )�� �� .@3 �� �� *�)�� O2��

<� � ��� ������ ��� ������� � � (���� ���� �� �� � ��� �� �� �������� ���������D

� ����������� ���� R ������� ��� ����' ��� � � ��� �������� �� ��������� ��&�� ��D ��

�� � � �� �� -

�� ���� ���� R ������� �� � ���' �� � �� �������� �� ��������� �� &�� �� ���'�� �������� �� ��������� ���(� �� �� ������ �� <�� �� IJ�D ���

� � � � �� �� -

C� ��� ���� R ������� �� � � � �� � �� ������� ���� ����� ���' �� &�� ��D���� � � � �� �� -

!� �������� ���� R ������� �� � � � �� � ���' ���� �� � �� ������'�� �� <�� ��IJ�D ����

� � � � �� �� -

DRDC Ottawa TR 2013-160 77

Page 98: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3-50

-40

-30

-20

-10

frequency (GHz)

20

log 10

|S

11|

(dB

)

antennas only

antennas+gun

antennas+slab

antennas+gun+slab

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-12

-10

-8

-6

-4

frequency (GHz)

20lo

g 10 |S

11| (d

B)

antennas only

antennas+gun

antennas+slab

antennas+gun+slab

(a) (b)

Figure 70: ����� ���� �� �� ���������� �������� �� ���� �Q��� ��������80�1 ���� 2@@ 75� �� 2 45�9 0'1 ���� 2@@ 75� �� / 45��

Figure 71: ������������ ��� 0����� �����1 �� �� ���������� �������� �� �����Q��� ���������

78 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 99: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 72: ������������ ��� 0��������� �����1 �� �� ���������� �������� ������ �Q��� ���������

0.5 1 1.5 2 2.5 3

0.005

0.01

0.015

0.02

frequency (GHz)

Sig

nat

ure

Mag

nit

ud

es

fro

m

S11

slab only

slab + gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3

20

40

60

80

100

120

140

160

frequency (GHz)

Rela

tiv

e S

ign

atur

es f

rom

S

11 (

%)

slab only

slab + gun

0. 4 0 .5 0 .6 0.7 0.8 0. 9 10

2

4

6

8

10

(a) (b)

Figure 73: ����� ��)������ �� �� ������� ���' �� �� ���'�� ���)� �� )������ ���' �'���� ���� ���8 0�1 ��)����� ��)����� �� 9 0'1 �����? ��)�������� �

DRDC Ottawa TR 2013-160 79

Page 100: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.5 1 1.5 2 2.5 3

0.01

0.015

0.02

0.025

frequency (GHz)

Sig

natu

re M

agn

itud

es f

rom

S21

slab only

slab + gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3

500

1000

1500

2000

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

igna

ture

s fr

om

S21

(%

)

slab only

slab + gun

(a) (b)

Figure 74: ����� ��)������ �� �� ������� ���' �� �� ���'�� ���)� �� )������ ���' �'���� ���� ���8 0�1 ��)����� ��)����� �� 9 0'1 �����? ��)�������� �

0.5 1 1.5 2 2.5 3

0.5

1

1.5

2

2.5

x 10-3

frequency (GHz)

Sig

nat

ure

Magn

itu

des

fro

m S

31

slab only

slab + gun

0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

ign

atu

res

fro

m

S 31 (

%)

slab only

slab + gun

(a) (b)

Figure 75: ��������� ��)������ �� �� ������� ���' �� �� ���'�� ���)� �� )������ ���' �'���� ���� ���8 0�1 ��)����� ��)����� �� 9 0'1 �����? ��)�������� �

80 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 101: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

5

10

15

20

25

30

X: 0.6807Y: 21.75

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

ign

atu

res

Sk

G (

%)

S11

signature

S21

signature

S31

signature

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

5

10

15

20

25

30

35

X: 0.6672Y: 9.905

frequency (GHz)

Rela

tiv

e S

ign

atu

res

( S

k

G) s (

%)

S11

signature

S21

signature

S31

signature

(a) (b)

Figure 76: �����? ��)������ �� �� )��8 0�1 ���� ��������� �� ��� ���� ��03@1�9 0'1 ���� ��������� $��� �� ���' �� �������) &��� (��$�) �� ������� ������� �� �� ����� �� �� '�� $������ $���� �� 03O1��

Figure 77: ��������� ��� �� �� <���� .* ���)�� '��( '� � ����� ����������' �� � � �� +�� �� �����? �������?��� �� ?���� ��8 /6 :6 36 /@6 :@6 2@6 G@�B��� $�? �� ������ ���� �� ������

DRDC Ottawa TR 2013-160 81

Page 102: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%���� �������� ��������� ��� ���(� �� <�� ��� E�� E � ��� EC- %�� ��� '� ���� ������ ��� ������� ���� ����� ��� ���� �� ������ � '������ ����� ������ ��� �� @/ ����� �!�� ��� �!C�-

6 (�� �'���&�� �� ���&�� � ��� ������� (���� (� ���� (�� ����,��0� 5��� ������������ �� �������� �� ��� �� (���� ������&� ��� ���� ��&� ������ �����5��������� (�� ���� ���0� �� �������� �� �� (����� K��� <�� ��� ! � !�� !2� !I� !J���� 2�L- 6 (�� �'���&�� �� �� ��� �� �� ���� �� � ��� (�� (����� �������&��� �� (����� ����� �� �� �� ���� �� �&������ ' �� ����� ��P����� ������ '�� K��� <�� ��� CJ� !C� !E� ��� !BL- %� ���� �7��� �� (����� ����� �� �� ��'� ��������� �� �� ��� �����,��� �� �� K��� <�� �� !� ��� <�� �� !CL-

"������� �� ���� ���&�� � ��� ������� �� � � ��������� '���( 3�1 �� �� '������5�� �� �� �������� �� �� � ��� '�� (��� �� (����� (�� � ������� ������ �� � �� ���� �� �� '��- ��(�&��� ���� ����� ��� (��� �'����� ��� �����7�� 0��(����� �� �� �� �� ���� �� � ��� �(��� (������- . ����� �������� ���� ������� ���/ ��� (�� ���� �'���&�� �� ���������� (�� �� ����� �� �'������� ���� �����-

%�� ����� ��� ������ �� �� ����,������ �� � ��� �� ������� �������� (�� ���'�&� �'���&�����- <����� (� ��������� �� ������� ����� �� �� '�� ��� ���� ���� ��������� ���'� �� �� ���� ������ ��� ��( � �� �������� ���0 ��� � ����� ��- <�� ��� EC� E!� ��� E2 ���( �� �'��� � ��� �����&� ����� ��� ��(� ��� �� ����� ��� �'����� ���� � ��� ���� ��� � �� �� ������'�� ��7-

� %�� ����� ��� �� �� ���' ����� ��� �'����� ��������� �

�� � ���

� � ���� � � �� �� �!!�

%�� �����&� ���' ����� ��� $�� ��� ���� ���� (�� � ���� �� ������� � � D

$�� �

���� � ��

����� � ��

�� ����%�� � � �� �� �!2�

�� %�� �&����� ����� ��� �� �� ���� ������ ' �� (����� �� � �� ���' '������ ��� ���� ���� ��������D

��� � ����

� � ���� $�

�� �

������ � ��

����� � ��

� ��� �%�� � � �� �� �!I�

����� ����� �� � �� �� � ��� �� �� � ,��������� (���� ��� �� ���'���� ���� ��

�� � � '��0�� ' �� ��������� ���' �� �� ���� �� �� �������-

82 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 103: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

<��� <�� �� EC ��� <�� �� E!� � �� ���� �� �� (� ����� ����� ��� ��� &���������- %�� ���' '���&��� �������� ��� ���0� �� � � ����� ��- %�� �����,�������� ��� K��� <�� �� E2L ��� ����(�� ��4����M ��(�&��� �� ��� �'� � ����(��0�� ��� �� ����� ����� ���- *��� �� �7�� 0��(����� �� �� ����� �� ���� � ��� ��� ���' �� �� ��� ������� � (��� '� &�� ��8� � � �7��� � �����'��(����� ����� ��-

"������� (� ��������� �� �� �� ���0�� �������� �� ��&��� �7�� 0��(����� ���� ���� �������� ��������� �� �� �������� �� �� '�� ����� ��� ���'�� ��(����� ����� �� ��� '� �'����� ' �� ������ ������,� '������ �����/ �- %����� ���������� ' ��������� �� �����&� � � ����� ��� �'����� �� ���� ����� $��

�� � �� �� � (�� ���� �'����� �� �� �������� �� �� ���' ��� ��� ���� �� �����' �� �� �� �&����'��- 6� ��� ����� �� � � ����� ��� ��� �'����� ��

��� �� � ����

� � ���� � � � �� �� �!E�

(���� �� �����&� ����� ��� � $�� �� ��� �'����� ����

� $�� �� �

������ � ���

����� � ���

� ��� �%�� � � �� �� �!B�

%�� ���������� �� $�� ��� � $��

�� �� �� ���/ ��� ����� '�(��� C�� ��1 ��� C3�1 �� ��&�� �� <�� �� EI- 6 �� �&���� �� �� ������� � � ��������� � �'� IB� ��1 �� ������ �� '�� ����� ���- .� �7������ �� ������� ���/ ��� �� ������� �� �7����� �� �� �������� �� �� ���' �� ������ ��(�� ��� �� �� ���������- %�� ����� �� ����� ��� ��

��� ��� �� �� �� ���� �� �������� �������

���0� K����� � <�� �� EEL ��� ��� �� ���(� ����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 83

Page 104: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

5.4 Impact of the Human Body on the Weapon

Resonance

6 (�� ������ �'���&�� �� <�� �� EI �� �� ������� ���0� �� �� (����� ������������ ������ � ��(�� ���/ ������ (��� �� (����� �� ������ ��7 � �� � ��� '��-.� ���� (�� ���� � ��&��� �������� �� ����,�������� ������ ��-�-� / ���,���� ����� ���� � � ��������� ��������� 3����=� � ����� �������� �� � �� '��,���� ���� �� ��������� �� ��� � �� ���/ ��� ���� �� � � ����� �� �� ��� ����������- ��(�&��� �� ��� �� ��� �� ����������� (�� �� � ��,(�&� ��� ������-

%�� �����(��� � ������� �� ��,(�&� ��� ������ ������ (��� ������ ��� ��������D� � ��������� ������� ���� �� �"% @�������� "��&�� K�!LM ��� ���,������ ���,���� ���� �"% %���,������ "��&�� K�!LM ��� �C� �� ����� �� ������ (�� ����,���� ���� 3����=� � ����� �� � �� '��,���� ���� � ���� �� ���������� ���, ���� <@;> K!JL-

6� �� �� ��������� �� ����� � �� ������ �� � ���� �� ���� ��������� ������ � � 8,����� ����� ��&�- %�� �����&����� �� ��� �������� �� �� �� �"% @����,����"��&�� ���� �� ����( ��� ���� '� ������� ��� �� �� � �� ������ � �� � � ����,��������� ����� ��� � '� ������ �� � � 8����� ����� '�7 '� ���� ' ������� ��������,�������,���� ��� �:��� (����- %��� ����� � �����'��&�� ���� ���� �,����� ���� ��� ������'�� ��� ��- .� �� ������ �� �� � '���� �����0��� � ������ � �������� �� � � "A��� �� �����'��� �� �� ��� ��� ���������� (�� ����� ��� � ����������- %�� ��� ��� ������� �� �&�� ��&����-

%�� ��� ��������� (���� (�� ���� ��&������� �� ��� ������� ������� � '� �� ��������'�� ��� ��� �8����- %�� ����� �� �� �� ���� �� 5��� ���' �� � �� (�������� �7����� ���� (� ��� ������D ��� �� �� � ����� (�&� ��� ������� �� ���'�� � �� � �� ��� �'� �� �� � ����� (�&� ��� ������� �� ���' �����- %�� � ��� '������ ���� �� �� ���D

����� � ��� � �� �!J�

(���� ��� �� �� �� �� �� �� ���' �� � �� � � (���� �� �� �� �� �� �� �� ���'�����- %�� �� � �� ���(� �� <�� �� EE-

����� ���� ��� �� ��� �������� �'����� ���� �� �������� �(��� �� �� ��������������� �� �� ���'- ��� �� �� ���' ���� ��&� �� 57�� � � � �� "A� (������ �����&� ������&� )� &����� ��D � �� 2� �� ��� C�� !�- %�� ����� �� ��� �������� �� <�� �� EB (���� �� �����,��� �� ��� ��� ���(� �� <�� �� EJ- %�� ����������� �� '�� 5� ��� ������� �� ���/ ������ � (���� �� ������� ��������� ��

84 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 105: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

�&����- 6 �� ���� ����� ���� �� �� �����,��� �� �� (���� �� ��P ���� �� �� ���'�� (��0��-

6� �� C�� ��������� �� ��(�� ����,����� �� � �� �� �� T��� �Y ����� (���� �� ����� ���������- %�� ���� ����,����� �� � �� �� ���- %�� (����� �� ������ �� ���� �� T��� �Y ����- *���� �� ������� ���/ ������ ���� �� �������� (�� �����'����� ��� �� �� ��� ��������� �� ��� ��/ ������� �� ���� <@;> ��� �����������5���� �7���� ���� �� �� ���,������ ��� ������ ��� ��� ���������-

Figure 78: ����� ��)����� �� �� <���� .* ���)�� '��( '� � ����� ����������' �� � � �� +�� �� �����? �������?��� �� ?���� ��8 /6 :6 36 /@6 :@6 2@6 G@�

DRDC Ottawa TR 2013-160 85

Page 106: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 79:��������� ��)����� �� �� <���� .* ���)�� '��( '� � ����� ����������' �� � � �� +�� �� �����? �������?��� �� ?���� ��8 /6 :6 36 /@6 :@6 2@6 G@�

86 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 107: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

5.5 Impact of the Weapon on the Body Response

%���� �� ��� �������� �'���&���� � '� ���� �'� �� ����� �� � ������� (������� �� '�� ��������D ���������� �� �� (����� ������� �� �� '��� �� (�������(�� �������� �� �����,��� �� �� ���� �� '�� �� ��������� �� ����� ���/ ���'���- %�� ����� (���� ��� ���� ��� �4�� �� �� ���� �� � � � �� ���� �� �� '������������ ���'�� ��� ���(� �� <�� �� E2-

%� � ���� ���5�� �� �4��� ������ ����,������ �� � (�� ��� ���� �� ���(��� <�� �� B�- %����� �� ����� � �� �� �� ���� �� � ����� ������ ��� ����,�������������� (���� ��1� �� �� ��� �� �� � � ��� ����- .� ���� �� <�� �� B � �&�� ������� ���/ ��� '���� �� �����,��� �� �� ���� �� ���'���� ���� �� '�� �� �� � �� ����� �������� �������� � �� �����,��� �� �� ���� �� '�� �����-

%��� �4�� �� �� '� � ������� �������� ��� �� ������� �� ��������� (���������� �7������ ' �������� �� ��� ����� �� �� �����,��� �� �� �&�� �� ��������/ ��� '���- %�� �7������ �� �� (����� ��������� ���� �� �����,��� �� �� ������ � �����'���-

6 ��� �� '� ���� ���� �� �� �7����� (����� ����� ��� �� ��� ���������� ����� ����� �������� (�� �� ����� ��� ���� ���� �� "����� �-

DRDC Ottawa TR 2013-160 87

Page 108: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 80: ��������� ��� �� �� ���������� �������� �� � )�� '��( '�� ���) ����� ������� ���' �� �� I G@ �� � � �� +�� �� )�� �� �������� ���� �� �� �� ���'�

0.5 1 1.5 2 2.5 3

1

2

3

4

5

x 10-3

frequency (GHz)

Sig

nat

ure

Mag

nit

udes

fro

m S31

slab only

slab + gun

0.5 1 1.5 2 2.5 3

10

20

30

40

50

60

70

frequency (GHz)

Rel

ativ

e S

ignat

ure

s fr

om

S

31 (

%)

slab only

slab + gun

(a) (b)

Figure 81: ��������� ��)������ �� �� ���) ������� ���' �� �� ���'�� ���)��� )�� ���� ���' �'���� ���� ��� $�� �� ���)�� �� �� �� �� �� �� ���'8 0�1��)����� ��)����� �� 9 0'1 �����? ��)������ �� �

88 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 109: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

6 Frequency-Sweep Measurements of Small

Weapons on Persons

%�� �'����&� �� ��� ������ �� ������� � � �����������&� ���� ������ �� ������� �� �� ���� ����� (������ � �� �� ����� �� ��� 0��&�� ������ ���� ��������� �� �������- %�� ���� ������ ��� �� �� �<A�����(�&� ���/ ��� �����M���� ����� ����� '�(��� 2�� ��1 ��� 2 3�1- %(� ��� �� ���� ������ (���������� � D

� ������� ���/ ��� �(��� '�(��� 2�� ��1 ��� 2 3�1 (���� �� ������7 ���,����� ��������� (��� ��/ ���� �� � ������ �� ���/ ���� ���

� �� ���� ����� � ��� ���� ������ (���� �� ���,������ ������� ������ ����/ ���� ���� &�� '����'��� ���/ ���,�(��� ��� &�� ��&���� <� ���� ����,����-

6 �� 0��(� �� ������� �� ��������� � �� ������������� �������� ��<A�����(�&� ���/ ������- %��������� �� ���������� �� ������� �� (������ ���,������ ���� ������� �� �����'��- 6� ����� ���� � �� '����&�� �� �� ������� ��� (����� (� �� '� ������ � ���/ ������ (���� �� (����� �������� ��� � � ��&������ � � �����5��� '��0����� K ��� "������ � ��� CL- .� (�� ������ ���5���� '�������� ��� � ������� ������� �� � �������� ��-�-� ��(��,���/ ���� ������������ ����� (������ � �� �� ����� �� ��� 0��&�� ��� '�(��� 2�� ��1 ��� C 3�1 � ��� ������� ���/ ��� ����� ��� ���/ ���,�(��� ���� ������ ��&��� ��� '���-

.���� �����������&� ���� ������ �� ��� ���/ ��� '��� (��� ������ ��/ ���� (��� ������ �����,����� ���� ��&������ � �� ���� ������ ������� ����� K�I��E�C �C!L- %��� ���� ��/ ���� �� ������� ������ ������ �� �� ��� ������ ��� �������� �������- 6 �� ������'�� � ������� �� ������� ����'������ ��� �� ������/ ��� �� �� ���,������ �����,����� ����(�� ���� �� � ���/ ���,�(��� ����-%���� �� ������ �����5��� ��4������ '�(��� �� �����,����� ���� ������ ��� �����/ ���,�(��� ���� ������ ������� � � ������� )��&����- %�� �����,��������� ������ (��� ������� � �� �� �������� ����'�� (���� � ����� ��P�������� ����������� (��� �������- . ������� )��&����� �� ���� ������ (���������� � �� �� ���������� ��&������� R � � �7��������� �����(�&� ��'�����(���� �� ����� �� / �� ������ ��� ���� ' ��' � ��� �� ��� ���� ����-

.���� � �� (��� 0��(� �� �� � ��� '�� ����� �� � &�� �����5��� ������� ��������� �� (���� ���� ���0 ���� � � � �� ������ (�����- %� �� � ��� ���� � ��������� � �&�� �� �� �����'��� �� � ����� ���� ��� ��������� (����� �������(���� �7����� ���/ ������ ����� � �� ������� ���/ ������ �� �� (������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 89

Page 110: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%�� �7�������� (��� �������� � '� �� �����������&� �� �����'��� ���� ���� ����,��� ����������,1��� ���� ������� ��, ��� �����,��� ���� ������� ���� ������(�� ��4���� ������ ��� ��4���� (������- %�� ����������� �� ����������&������ �� ������ :����� ��&����� �� %����� (�� ��&�� �'�� �� �� ���&���� ������������� �� ��� 0��&��- .���� ���� ����������&�� &�� ������ � (��� ���� (������(���� �� �������&� ��� (��� '���� ��/ ����-

6.1 Antennas

%�� ������ (�� �������� � �� ���� ������ ������� ����� K�I� �E� C � C!L- 6���� ��� �� ���������� ��� ���(� �� <�� �� B�- %�� ������ �� (��� ������ �� ��'��� '�(��� �-2 3�1 ��� 2 3�1- %�� ���� ��� ��P����� ����� �� �+ �� � ������������ �� ���(� �� <�� �� BC- %�� ���� ��������� ���� �� �&���� ���� �� ����� �'�&� 2�� ��1 �� ��P����� �� '���( , � �+-

%�� ������� �� �� ������ ������� ���� (��� � (�,������ ���� �� ���- 6� �(�,������ ����� ��� ������ ������� ��� �� ���� �����&��- %�� (� ���������� �� ��� ���� �� �� ���� ��� �� ��� �� ���� ����=� ����� ���7��� �� ���(� ���� ����� �� <�� �� B!- %���� ����������� ��&� '��� ���D ��� �,�� �'� N,N� ������ �,N- 6� �� �,� ���������� '�� �� ��������� ��� �� �����&��� ���������� ������� ����1����� (�� ������ � ��� ��- 6� �� N,N ����������� '��������� ��� &������� �������- 6� �� �,N ����������� �� ��������� �������� ����1����� ������� (���� �� �����&��� ������ �� &������� �������-

<�� �� B2 ���(� �� ���� ��� ��P������ �� �+ �� ��� ������ ��� (��� (� ��,����� ������ �� ����� ���7��� �� �� ���� ����������� ��,�� N,N� ��� �,N�- 6�� �&���� �� ������� �� (� ������� ����� � ���� ���� ���� �� ��&� �����5�����P ���� �� ���� ��������� �������-

6.2 Measurement Setup

%�� ���� ������ (��� ������� � '� �� �����������&� �� �����'��- %�� ���� ������ �� �� �����(��� ������-

� %�� �� ���� �����

� <�D ������� ���/ ��� �(��� ���� 2�� ��1 � 2 3�1

� %�D �� ���� ���,������ � ��� ���� �����

�� .����� >��������

� �,�

� N,N

90 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 111: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

295 mmL =

350 mmW =

4.65 mmw =

60 mmg =

1.5748 mm2.33r

==

Figure 82: "����� �� �� =-< ������ ��)� �� �� ����� 7������� ����) ���� �� �� ��%������$� ����������

Figure 83: 7���� �F����� �� < �� �� =-< ������ ��)� �� ��'������� �� �7��

DRDC Ottawa TR 2013-160 91

Page 112: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

(a)

(c)

(b)

Figure 84: ����)���� �� �����������) �� ���?��) ������� 0'��� ������� ���� �� �� �� �� ���)�18 0�1 5�5 �����)���6 0'1 >�> �����)���6 0�1 5�>�����)����

92 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 113: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 85: �� �F����� ��P���� ��� ��%��� $�� �� �����������) �� ���?��)������� ����� �� ���� ���&����� �� 2 �$�������� �����)����8 5�56 >�>6 ��5�>�

Figure 86: B���� �� �� (��� 0$���� /1�

DRDC Ottawa TR 2013-160 93

Page 114: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 87: B���� �� �� ����� )��6 �) ��� B::3 0$���� :1�

Figure 88: B���� �� �� ���) )��6 <��$���) . �� 0$���� 21

94 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 115: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

� �,N

C� �������

� ����D �����7����� I� �� ���� �� ������ �������� ���� � �� ����

� <��D �����7����� 2� �� ���� �� ������ �������� ���� � �� ����

!� *�����

� ;����D ���(� �� <�� �� BI

� "���� ����� �D ��� ����� ����� ���(� �� <�� �� BEM '����� ��� ��������� �'� I �� ��� � ��� �������&��� �� �����

� 9���� ����� �D �������� � � ���(� �� <�� �� BBM '����� ��� ��������� �'� B �� ��� � ��� �������&��� �� �����

2� �������

� ��� ���0�

� ���0 �(����� ���0�

I� *����� :������ �� +��

� ����

� ����

� '��0

%�� ���� ����� ���� ������ (�� �� ������������� 5�� ������ ������ ��� ��,����'�� '���(- ��� �� ���� ������ ��� �0�� �� ���� ������� ���������D ����������� ��� ��� �����M ���� ���� �� � ��� (��� � (����� � �� ����M ��������� �� ��� (�� � ������ (����� � �� ���! �������- %�� ��������"��� ����, ����� �� �0�� ���� ���� ��� ���� �� ���� �� ����� � �&�� �� �� �������� ������� ��� ����� �� �� ���� ����� ����-

6.3 Instrument Setup

.�� ���� ������ ������� ���� ��� �0�� (�� � &���� ��(��0 ����1�� �N�.�D�#$%$# �&' &������ '����� ()* +, " -* �,./ '������- %�� ����� �� �����/ ���,������ �<�� ��� �� ���,������ �%�� ���� ������ ��� � �����1�� ���� %�'�� J-

DRDC Ottawa TR 2013-160 95

Page 116: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 9: >� ����)�

�� �������� � ��������

'���(��� ���� �-2 3�1 � 2 3�1 <��� � ��1 � !� 3�1� �'�� �� ���/- ����� C�� !���

6< '���(��� C 0�1 C 0�1�(��� ��� -�2 B � � ��&������� � �'����A��� ��� �. , � �� A O2� ��

6.4 Representative Data in the Frequency-domain

(FD) Measurements6.4.1 Antennas-only FD Measurements and System Uncertainties

6� �� ���� �� �� ���������� ��&������� � �� �� �� ��� �� �� ���� ����� ���� ������� )��&����� � �� ������� � �&�� �� �� ������'��� �� �� ���� ��,����- "��� ����������&� ��� �� ��� �� �,� ��� ��� ���(� �� <�� �� BJ� <�� ��J�� <�� �� J ��� <�� �� J�- <�� �� BJ ���(� �� ������ �&��������� � �&�� �� ����P����� ���8���� ��� (���� <�� �� J� ���(� ���� �� �� ����������� ���8�������- ��� �� ��� �� ����������&� �� �� � �� �� ����� '�(��� �� ������������ �����&��� ������� (���� �� ��� �����5��� � ��( ���/ ������- <�� �� J ���(��� ������� �� �� ���� ����� �� �� ��P����� ���� �-�-� �� ��4������ '�(������ ���� ������ (���� ��� �� '� �������� ' ��� �� � � � ����� ��� �����������������- %�� ������� ��&�� �� �� ���� �� �� �+ ��������� �� ������� ���� ������ � � � � (��0 ���� '���( ��� ��&�� (��� '� �� �4�� ������'��- %�� ������� �� �� ����������� ���8���� ��� �� �� ������� ��&��M ��� <�� �� J�-

6.4.2 Some FD Measurements Involving Weapon 2 (Small Gun)

<�� �� JC ���(� �� ����������� ���8����� ��� ���� ��� �� �� N,N ����������(�� �� ���� �������� ���� ��� (�� (����� � ������ ����� �� � � ������� ��I� �� ������ ���� �� ������- %���� �� �� ��� ��&��&��- "��� ������'�� ���������� �� ����� �� �� �� �'���&�� �� �� '��� '�(��� � 3�1 ��� C 3�1- <�� �� J!���(� �� ���� ��� �� ��� �� �,� ���������� (���� <�� �� J2 ���(� ���� ��� ���,N ����������- %�� ������ ��&��� ��� �� ������� �� �� �,� ���������� (������ � � � �� ��� �� �� � � '����� �� ������� �� ��� ����� �� �������� �� ��5��� ������1����-

��7� (� ���0 � �� ���������� '�(��� �� ����� �� �� ���� � ��� (�� (������ �� ���� ��� �� ���� � ��� ���- %�� ������� � �� ������ �� �����7�����I� ��- <�� �� JI� <�� �� JE ��� <�� �� JB ���( �� ������� �� �� ����� N,N� �,����� �,N� �������&��- 6 �� ����� �&���� �� �� (����� ������� �� ����� �� ��

96 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 117: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 89: �� �F����� ��P���� ��� $������ ���)� �� 2 ��������? ����������� �� 5�5 �����)����

Figure 90: �� ������������ ��P���� ��� $������ ���)� �� 2 ��������? ���������� �� �� 5�5 �����)����

DRDC Ottawa TR 2013-160 97

Page 118: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 91: =��������� �� �� �F����� ��P���� ��� $������ ���)� �� �� 2 ���������? ��������� �� �� 5�5 �����)����

Figure 92: =��������� �� �� ������������ ��P���� ��� $������ ���)� �� �� 2��������? ��������� �� �� 5�5 �����)����

98 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 119: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 93: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� >�> �����)��� $���������)� 0������� ����1 �� $��� $���� : �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ���� ���������

�����5���� �� �� ���/ ��� '��� '�(��� � 3�1 ��� C- 2 3�1-

@7�� ��&� ���/ ���,�(��� ���� ������ (��� �0�� �� � �������� ���������� ��,&������� (�� ���� (������ �� 0���� ��� (� ����� ���- %�� ���������� ��� ��� ���� ��D

� . �������� � � -2 ������ �� (����� ��� � ������'�� ��P ���� �� ������� �� �� ���� � ���-

� .��� �� �� �����,��� ������� ��� (��0� �� ��� ��P ����� � '������� '�� �������� �� � (�����-

� %�� ���0���� �� �� ���0� ���� �� ��&� �����5��� ����� �� �� ��� ��-

DRDC Ottawa TR 2013-160 99

Page 120: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 94: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� 5�5 �����)��� $���������)� 0������� ����1 �� $��� $���� : �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ���� ���������

Figure 95: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� >�5 �����)��� $���������)� 0������� ����1 �� $��� $���� : �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ���� ���������

100 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 121: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 96: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� >�> �����)��� $������ ���� �� $��� ��� �������) $���� : �� ����� �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ������ ������� 7�� ��� � ����( C��(� ���

Figure 97: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� 5�5 �����)��� $������ ���� �� $��� ��� �������) $���� : �� ����� �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ������ ������� 7�� ��� � ����( C��(� ���

DRDC Ottawa TR 2013-160 101

Page 122: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Figure 98: �� ������������ ��P���� ��� ����� �� �� >�5 �����)��� $������ ���� �� $��� ��� �������) $���� : �� ����� �� �� ���)� �� O@ �� �$�� ������ ������� 7�� ��� � ����( C��(� ���

102 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 123: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

7 Signal Processing Algorithms for

Resonance Based Concealed Weapons

detection

6� ��� ������ (� ������ � ��������� ����� ��� ������� �� ��������� (������(���� ���1�� �� ����7,������ K2IL ��� ; �������,% �� K2EL ������ ��� �7�������� ��������� �� �7��������� ������ ��� ����� �� �����- %���� ��������� ��� ��� ��� � � ������ '��0��� �� �� �� ��� ���� (����� �������� �� �������- %����� ��� �� ���� ���� ������ �0�� � ������� )��&���� ���� )*+ ��������������� ��� ' �� ' �� ���� ������ �������-

7.1 Radar Data

%�� ��� ��� ��� � &���� �� �������� (��� �0�� � ������� )��&���� ������� �� �- ���� ������ �� �� ���/ ��� ������ ���� 2�� ��1 � 2 3�1 (����0�� ���� � &���� ��(��0 ����1�� �N�.� K'������ �#$%$# �&' ������� ������()* +, 0 -* �,.L- %���,������ ���� ������ ���� �� N�. (��� ���� �0��' ��� �� (��0 (��� (�� �� ��������- %���� �� �� ' ��������� �� ��� ����� ���� ���,������ ���� ������- %���� ���� ������ �0� ��� ���� � ���������� ���5� ������� N,N� �,�� ��� N,� ������� (� ��,��� ���� ������ ������ �����,��� ���� �����- %��� �������� ������ �� ��� �������� ���� ��� �������� ������-

<�� � � ������� (� ������� �� ��� ����,�/ ��� ����7,������ ����� �%9"�:����� �� ; �������,% �� ����� �;%�� �� �������� �7������ ������'�� �� �������(��� �������- :�������� ������ � ���� �7������� ��� ���� �4��� �� ����� ��� � ����� �� ���� �������&� �������-

+�� �� %9"�:� ��� ;%� �� ���,������ ��� � �7��� �� ���������- %�������� �� (� �0� �� 6�&���� <� ���� %�������� �� � � ���/ ���,������ ���- 6������ � ��� ���� �������� � � ���/ ���,������ ��� �� �� ��� ������� �� ����� 5�� ������������� �� �����(�- <���� �� ��� �� �������� � ���� �� ����� �� ,23�1 � 2 3�1- %��� ��&��&�� ��������� �� ���� ��� �� �� ���� ��� ��� ��� �0����� ���� ��� ������ �� �� �������� ��� ��� ���'����� ��� ��� ��� ������- %��������� �� ��� ������ � ����'=� 6�&���� <� ���� %�������� � ����� ��1��7��- >����� ���,������ ��� �� �'������ (� � �4 �� ���� ��� �������� ��� ���1� ����� ��� ��� �������� ��� � � ��������- %��� ��� ��� �� (� ��� ������� ��� (���� ��������� ���������� �� � � ���� ��� �� �� ������ ��P�����- %��� ��� ����������� �� ��� ������ � �� ��������,�7������ ��������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 103

Page 124: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

7.2 Total Least-Squares Matrix-Pencil Method

%�� ����7,:����� ����� ��� �� %��� 9���,"/ ��� ����7,:����� ����� ����7������� �� ����� �� K2IL- . '���� � ���� �� �������� '���(- . ����� �� �� �� �� ����� �� ��� * ��� '� ���������� �� � ������ �� ������ ��� ����� K2B�2JLD

�*� �#������ �

��

���

�#� &'��+*����� � ,� ����+*��

�����#�� ��� #�� ,�� ��� �� � �2��

%��� ��� ��� '� ���&���� ��� ������7,&�� �� ������-

�*� ���

���

������ �2 �

����� ��� � � � � � '� � �� �� �*� � �- 6� ��� ������������� �� ��� ����� ������ ����� �� �� (��� �� �� ����� ���������� �� �� ����� ��� ��� ������ ( � -� � .�� ������� ' �� ��� ���� ������� -� � �� ��� ��� ��� ���/ ������ � ����- +��� �� (� ��� ������� (�� ���� �������� �� ����� '� ���������� '�� ��5��� ������ ��� ��� ������� �� ��� � ����&��� �� �- %�� ������ �� ��� ��� ���� � 5��� ���D

�* � � �� (���

���

��������� � �� � � � � �2��

(���� �� �� �� �� ���,������ ����� ��- %���� ��� � �/ ��� ������ ����� �� ��������� � * � � ��� ������ � * � �� � �� �- <�� ��������� (� ��5�� �� ( � �����M�� ������ ��� '������

���

���

���� �2C�

%�� ����7 ������ ����� �� ��� ��� � 5�� ��� �� ���/ - %��� �� ���� ' ��5������ �����(��� ����7D

0 (�

����

� � � � � ���---

---- - -

--- ����� ��� ���

����

�����������

�2!�

104 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 125: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

����� $ � � ��� �� ������ ' �� ���-

%� �'��� �� ����,�/ ���� ����7,������� � ���� ��� &�� � ������������ �"N�� ����������� �� 0 �

0 � 1)2 �22�

*� ��� ��� �� �� �� � 8����� ����� ���� ��� &�� �� ���������� � ������ ���,������ � � � �����- %���� ��� ������� ' ����&��� �� ���������� ��� ��� �� 1 �) ��� 2 � ����� ��( ������� ������ 1 �� )� ��� 2 �- *� ��� ��� ������� ������,5����� ������D

0 � � 1 �)�2 � �2I�

%� ��5�� � � 8����� ����� ���� ��� &�� � (� � � ��5�� � ��( �������� �������� �������� ������� ! ����- . � 8����� ����� ���� ��� &�� � �� ��� ��5��� �� ������ ��� &�� � ���� ��� ! ����)���

2- ! ������� �� '� ������ ����� ��- ! ���� � � (��� ������&� �� ������ (���� � ����� ! ���� (��� ���� � �� ����� ��� ������������ �� ��������- *� 5�� �� � �������� ������� �� � ���� (��0� '��-

*� �� �� ������ 0��� � ����� �� 2,� ��� �� �� 0 � �(�� ,'���� ����7����-*� ��( � ���� ��5��

0� (� � 0��� 0��� 0����� � � 0� (� � 0��� 0��� 0��� � � �2E�

(���� $ � �����I- %� ���1� �� ��� �� � �� �� �����'�� (� �� $ � �����- )�������� ��5������� � ��� ��( '� ���(� �� �� ��� �� ��������1�� �����&�� �� �� ������7 ���� 0�� 0�� �-��

�� � �+3�0 � 0��� �2B�

(���� 0 � �� �� �����,:������ ��� ��,��&���� �����'=� ���3&)�- <��� @/ ���� �2B�

���������� ���� � ���������(��� ����,�/ ���� ���'���D

2+ ���&����� ��� �� ����'� �� ����� � �� �� �� �� ������ ���� ��� &�� �-I������ �� P��� �������-

DRDC Ottawa TR 2013-160 105

Page 126: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

����

� �---

���

�����

����

� � ��� �� ��---

---- - -

---����� ����� �����

����

����

��

��---

��

���� �2J�

6 �� ������� � ��� �� �������� � ����� &�� � ��� $ ����� � � ���0,��5��������7 (��� ���� ��� ��- <�� �� � ����� �� � � ���������� ��&��������� (���� �0� ��� ������������ �� �������� �� �� @/ ���� �2C� ��� ������ ��- %�� �� ���1� ��� �&����'�� ��� � (� �� '� ��&������ � � ���1� � �������� ����� ��� ���� �7��� ��-

7.3 Kumaresan-Tufts Method

%�� ; �������,% �� ����� �� ������'�� �� ����� �� K2EL- . '���� �&��&��( �� ���������� �� ��&�� '���(-

*� 5�� ��� (�� �� ������7 �7�������� ���� �� � ������ �� ������ ��� �����-

���

���

���� �� � �� � � � � �I��

*� ��� ��5�� �� ����7

0 �

����

�� �� ���� �� �� ��---

---- - -

--- ������ ���� ����

����� �I �

��� �� ��� �� &����

4 �� �� �� ����

� �I��

*� ��� ���� �� �/ ����

0, � �4� �IC�

(���� , ��� ,� ,�

���� ��5��� �� ��������� ��

106 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 127: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

���� � � ���

��,�

� �I!�

��7 (� ������� � ���� ��� &�� � ������������ � �����&� �� ����������� �� ���������� �� �����D

0 � 1)2 � �I2�

*� ������ �� ����� ����� ���� �� ���� ��� &�� �� ���� @/ ���� �I2�- %��� ������ ���� �� ������� ���������� ����� �������� ���9� �� ���������� �� KIL-%��� ��&�� � �� ������ ��� ��( ��� ���� ��� &�� �� � 0���- .������&��� ����� �� ������ ��� � �'�� �� ����� � � � �������� ������� �� �� �� ����7,�����������- *� ����� �� � �'�� �� ���� ��� &�� �� � 0��� �� / - ��7� (� ��5����� �� &����� 5��� � � � � �� �� / � � ����� �� � ��* ��� �� �� 1 ���2 � �������&��- *� ���� �� �� &���� , ��

, � ���

��

��5� 4�� �II�

��7 (� 5�� �� ���� �� ���� (���� ���������� � �� �� ���� �� @/ ���� �I����� (� 0��� �� ��� �� ����5�� ��� � �- <��� ���� &�� ��� (� ��� �7��� �� �������(�- <���� (� � � ��,����� � � ������ ���� �� �7����� ���������-

+ � ������ �� �IE�

(���� * ��� � �� � �� �

�� - � � -� -� �� � ��� � � � �� �� �� -

%���� � 5�� ��� (� ���� � �� �����,:������ ��� ��,��&���� �� + ��� � ���� �(�� � � �������� ������

6 � + �IB�

����� 6 ���� �� ��

-

%��� ����� ����� � ���� ����� �� � �� ��� �� ������ ���0 ��5����-

DRDC Ottawa TR 2013-160 107

Page 128: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

7.4 Background Clutter Suppression

%�� '��0��� �� �� �� �� � �������� ' �0��� ������ ���� ������ �� �� '��0,��� �� (��� �� �����- %�� ��� ���� ����� ��� ��� ��� ���������� �� � � ��� ������7 ��� ����� ��� ���� ��������� ��� �� ��- *� �� �� �������� ���@/ ���� �I�� �� �� '��� �� � � �� �� � ��������� (���� ��� '� �� �� �� �� ������� �� �� ������-

��7� ���� ������ ��� �0�� (�� �����- <�� �� ��� ��� �� ��� ����� ����, ������ ��� �0�� �� �����(�D

� %���� ������ ��� ���� ������ �+��0��� �� ���� �������

�� ���� ����� �� � ��� (��� �� (������

C� ���� ����� �� � *����� ���

!� ���� ����� �� � ��� (�� � (�����

��� <���

�'� "���

��� +��0

���� ������ ��&��&��� �� ��� (��� �0��� (�� '�� � ���0 ��� ��� ���0�- >����� ���� ������ �� ��� ���� ����� ��� ��/ ����� (� �7��� �� ��������� ��� ������ ���- *� ��� ��5�� � ��������� 7 (���� �� ��� � ����� ��( ��� �(� � ������ � � ���� ���� ����� ��� '� ���� � ���� �� � � '��0��� �� ���� �����- 6� ����� �� � � ���� ���� ����� �� �� �� � '� (���� ��� ������ �� &�� � �� �� � �-

7.5 Target Identification

7.5.1 K-Nearest Neighbours (KNN)

%�� ��7 ��� �� � ���0 ��� �� �������� �� � 0��(� ���� ����� �� �� �� ����, ������ �� ������ ����M ��� �7������ (� �� �� '� ��������� ��� �� ����� �� �� �0���� �� �� ����� �� �� �� � ��� (�� � 0����- <�� �� � ����� �� ��� ������ (� ���0� �� ����� ����M �� �� (� �0� � ���� ����� �� 4�����) ��� � ���� ����� ��+��) �� (��� �� � ���� ����� ��+��) ���! 4�����)- *� ����1� �� ����� ��� ��+��) ��� +��) ���! 4�����) ��� �� ��������� �� �� ����� �� ��4�����) �����-%� �� ��� (� ��5�� � ��������� 7� (���� �� ��� � ��5�� &����� (���� (���� ����� �� 4�����) �� '� ������ �� �� ��� �� +��) ��� +��) ���! 4�����)- %��������� �� ������� ���� � ���� �� 4�����) � � ���� �� ������ ����� �� (� �� �� ;,������ �����'� � ������ �������� �&����'�� ���� �� ������� ���'�7�� ����' ��������2!(.�- %�� �������� �� ��� �� ������� ���� ���� ���� �� � ��� ����� �� � �� ������ ���� �� �� *����� ����� ��- %�� �������� ��� (��0�(�� ���� ���� �������� (� ���� � ���� ��� �� ��������D

108 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 129: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

� ;,������ �����'� �� ��� ���� ��� �� � � �����

�� ;,������ �����'� �� ��� �������� ��� �� � � �����

C� ;,������ �����'� �� ��� �� ����� �� �� � � �����

<�� ���� ������� ��� (� �0��� ��� ������������ ��� �������� ���� ���7�� (������ �� ���� ��� ���� ������� ��M (� ���� � �� �&����� ������� '�(��� �� ������� �� ��� �� �� �� (����� ����� ��- *� ��� ������� �� �&����� ��������� +��) ��� +��) ���! 4�����- %�� ����� �� (�� �� ������� ������� �� ���������5�� �� ���� ������� � �� ����� �� �� �� (�����-

7.5.2 Naïve Bayesian Classifier (NBC)

%� ��0� �� �� �7����� ������5����� ��������� (� �� ����'=� ��?&� +������������5�� �� � � ���- %� �� ��� (� �0� �� �����(��� ����D

� ����� � ������� ����7 �-�� �� ��(� �� (���� ���������� � ��4���� ����, ������ (� ��&� �0��-

�� ����� � ����� &���� ���� (���� ������ ������ �� �����E �� ���� ��( �� ��������� ����7-

C� <� �� ������� ��� � � ��?&� +������ ������5�� ���� ����'=� ��?&� +�������� ��&����'�� �� �� "����� %���'�7�� ���� �� ������� �'Q���&�+���-5�-���-

!� ����� � �� &���� ���� (���� ��� �� ���� � �'�� �� ��� ��� �� --

2� <��� �� ����� �� �� &���� ' ���� ����� �� ���'�'��� �� � '�������� � ���������- )�� �� ������� ��������� ��'���- %��� �� ��� � &���� (���� ��� ������������� � �� ��4���� �������- %�� &�� �� ���������� � �� ���'�'��� ��� '�������� � ���� �����-

%���� ��� ��� ������ �� ��( � ��5�� �� �������� ��� �7������ (� ��� ��5�� ����� �� � ��� (��� � (����� ��� ����� � �� �� (����� �����- *� �� �� ���� ��5������ (����� ������� ��� ��&� ����� �� �� (������ ����� � �� �� 0���� ����� �������� C �� �� � � �����- )���� ���� ������ (� ��� �'�� � �� �� (� ��� �'�� ���4������� '�(��� (����� ���-

E���� �� ��� ����� �� ��� � � �������� ��5�� �� �� �� ������- <�� �7������ �� ��( ���� ������� ����7 ����������� � � ������ �� �� 0��(� � ������ � (����� � �� �������� ����� ���� �� 5�� ������ �� � (� �� '� �- 6� �� 0�� ��( �� - ������� � (����� ���� ������ (� ����������� ��� �� 0�� ������ �� � �� -

DRDC Ottawa TR 2013-160 109

Page 130: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

8 Results

8.1 K-Nearest Neighbours

%�� ��� �� �������� '���( ����1� �� �4��� �� 7 �� �� ��� ��- .� ������� ���� ��������� �� �� %9"�:� �� ���(� �� K!L ��� ;%� �������� �� K�L- <�� ��� ����� �� ��������� ���� ���� ������ (� (��� �� �� �����(��� �������D

� �������� �� �&����� ������� '�(��� ����� �� �� ����� �� �� +�� ����� ��� ������ �� �� ����� �� �� �� 4����� ���-

� ��! ������ �&����� ������� '�(��� ����� �� �� ����� �� �� +���4������� ��� ������ �� �� ����� �� �� �� 4����� ���-

%�� ���5� ����� �� �������� �� �� �����(��� �����D'������ 5����������6+��64�����67�2������ <�� �7������ �� ���5� ����� N,NA���A* A���� ������ � ���������� '�(��� 4�����) ��� ��� +�� �!�� ��(��� �� 4�����) ��� ��� +�� �!�� ���! 4�����) �� 8����� %��� �� ���0 �������� ���0� (���- N,N ������ �� �� ������� (��� ������ �� � &������,&������������� ���,����-

110 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 131: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 10: ���������� �� 7� �� �?��) ������) �� '��()���� ���?6 7� � �

��������� ����&�� ��� �V�����&�� *�����

�V�����&�� ���O*�����

�V�%9"�:� �� � JJ-! JJ-I JB-B�%9"�:� ���2� J -IC J2-�B J -�I%9"�:� ��� � E-C! �B-E! E-�2

;%� ��C� JJ-2! �C-! \ ��-II\;%� �� � J -EI J!-BJ J -J�;%� ���2� IB-!E EC-2J II-E�;%� ��� � E-C! �B-E! E-�2

9 4� ��� ���� �� �2!��3� ���2������� �3�� )** ��2���� �!� �������! ���:�2�� �������� �� ��� ������ ��������� �!�� �� �!� ��2������: ���������� �!�� � ����� �!�� ;��

��� ���� �� �!� ��2������: ��� �!�� ��� ���� �� �!� ������ �� �� �3�:�

DRDC Ottawa TR 2013-160 111

Page 132: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 11: �" 7B7 ������ $��� 7� � ���� 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-!C �-J2 �- � �,�A���0A* A���� <=� <=� <=�

N,NA���A* A'��0 �-!2 �-JE �- I �,�A���0A* A'��0 <=� <=� <=�

N,NA���A* A���� �-�C �-B� �-�C �,�A���0A* A���� <=� <=� <=�

N,NA���A*�A���� <=� <=� <=� �,�A���0A*�A���� � � <=�

N,NA���A*�A'��0 <=� <=� <=� �,�A���0A*�A'��0 � � <=�

N,NA���A*�A���� <=� <=� <=� �,�A���0A*�A���� � � <=�

N,NA���A*CA���� -�2 -C �-C� �,�A���0A*CA���� � � <=�

N,NA���A*CA'��0 - I �-J �-!E �,�A���0A*CA'��0 � � <=�

N,NA���A*CA���� �- � -2J �-E� �,�A���0A*CA���� � � <=�

N,NA���0A* A���� �-22 -�I �-!I N,�A���A* A���� <=� <=� <=�

N,NA���0A* A'��0 -C� - J C-J! N,�A���A* A'��0 <=� <=� <=�

N,NA���0A* A���� �-I! -2J -�J N,�A���A* A���� <=� <=� <=�

N,NA���0A*�A���� <=� <=� <=� N,�A���A*�A���� <=� <=� <=�

N,NA���0A*�A'��0 <=� <=� <=� N,�A���A*�A'��0 <=� <=� <=�

N,NA���0A*�A���� <=� <=� <=� N,�A���A*�A���� <=� <=� <=�

N,NA���0A*CA���� �-E2 �-J2 -J2 N,�A���A*CA���� <=� <=� <=�

N,NA���0A*CA'��0 -�� -�� -BJ N,�A���A*CA'��0 <=� <=� <=�

N,NA���0A*CA���� �-E� �-J! �-EJ N,�A���A*CA���� <=� <=� <=�

�,�A���A* A���� <=� <=� <=� N,�A���0A* A���� <=� <=� <=�

�,�A���A* A'��0 <=� <=� <=� N,�A���0A* A'��0 <=� <=� <=�

�,�A���A* A���� <=� <=� <=� N,�A���0A* A���� <=� <=� <=�

�,�A���A*�A���� � � <=� N,�A���0A*�A���� <=� <=� <=�

�,�A���A*�A'��0 � � <=� N,�A���0A*�A'��0 <=� <=� <=�

�,�A���A*�A���� � � <=� N,�A���0A*�A���� <=� <=� <=�

�,�A���A*CA���� � � <=� N,�A���0A*CA���� <=� <=� <=�

�,�A���A*CA'��0 <=� � <=� N,�A���0A*CA'��0 <=� <=� <=�

�,�A���A*CA���� � � <=� N,�A���0A*CA���� <=� <=� <=�

9 <= :������ ��: ��:�>��: 3����

112 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 133: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 12: �" 7B7 ������ $��� 7� � ��� � 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-EE -�� �- I �,�A���0A* A���� �-2J �-22 -!�N,NA���A* A'��0 - C -�I �-� �,�A���0A* A'��0 �-JJ �-!2 �-J2N,NA���A* A���� �-J� �-JC �-CJ �,�A���0A* A���� �-EC -�2 - IN,NA���A*�A���� -IB -C! �- ! �,�A���0A*�A���� �-JI -! -!IN,NA���A*�A'��0 - � -�� �-CJ �,�A���0A*�A'��0 -�J -CB -! N,NA���A*�A���� �-JI �-J2 �-!C �,�A���0A*�A���� �-BC �-JB C-!�N,NA���A*CA���� �-J� -�I �-!2 �,�A���0A*CA���� �-EE �-JC - �N,NA���A*CA'��0 �-BE -�I �-CC �,�A���0A*CA'��0 �-B� �-JE -2�N,NA���A*CA���� �-IJ -!I �-EI �,�A���0A*CA���� �-!� -EB �-J2N,NA���0A* A���� -�C -�E �-II N,�A���A* A���� �-JJ -�E �-B�N,NA���0A* A'��0 -!J -�C �-I N,�A���A* A'��0 -�C - �-J�N,NA���0A* A���� -C� �-JJ -�I N,�A���A* A���� �-J �-E �-J�N,NA���0A*�A���� �-JJ �-JC 2-BJ N,�A���A*�A���� -�B -�� �-CJN,NA���0A*�A'��0 -�� - J �-C2 N,�A���A*�A'��0 -2E �-B� �-B�N,NA���0A*�A���� -�I �-J 2-�2 N,�A���A*�A���� -�C -2� !-��N,NA���0A*CA���� - C - � �-�2 N,�A���A*CA���� �-J� -�� -CIN,NA���0A*CA'��0 -C2 �-B! C-�� N,�A���A*CA'��0 �-EB -B2 - BN,NA���0A*CA���� -C - C-BJ N,�A���A*CA���� �-B -�I - J�,�A���A* A���� - I - �- 2 N,�A���0A* A���� �-B �-J! -�B�,�A���A* A'��0 �-JI -2 -B� N,�A���0A* A'��0 �-J� -C -�2�,�A���A* A���� -�! �-JJ -�J N,�A���0A* A���� �-I� - � - ��,�A���A*�A���� �-EI �-BB -�2 N,�A���0A*�A���� �-B� - ! -E2�,�A���A*�A'��0 �-!! -�� �-E2 N,�A���0A*�A'��0 �-!2 �-EB �-!!�,�A���A*�A���� �-22 �-JC �-B� N,�A���0A*�A���� �-I! �-EE �-J!�,�A���A*CA���� �-EC �-BB -I� N,�A���0A*CA���� -!B -�B �-I �,�A���A*CA'��0 -�2 - �-I N,�A���0A*CA'��0 -� - � �-IC�,�A���A*CA���� �-BB �-JJ �-JB N,�A���0A*CA���� �-2J �-22 -!�

DRDC Ottawa TR 2013-160 113

Page 134: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 13: �" 7B7 ������ $��� 7� � ����� 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� -�! �-JC �- � �,�A���0A* A���� �-JI �-JC C2-� N,NA���A* A'��0 -�B �-J! �- ! �,�A���0A* A'��0 -�� �-JC -I�N,NA���A* A���� -�C �-JI �-! �,�A���0A* A���� -�� �-JI - BN,NA���A*�A���� -�! -�2 �- 2 �,�A���0A*�A���� �-JE �-JJ - �N,NA���A*�A'��0 -� - � �-!J �,�A���0A*�A'��0 -� �-JI -!�N,NA���A*�A���� -�! -�! �-2 �,�A���0A*�A���� �-J! �-BB -B2N,NA���A*CA���� �-JB -�� �-!B �,�A���0A*CA���� -�B -�� �I-!�N,NA���A*CA'��0 -�! �-J! �-�J �,�A���0A*CA'��0 -�E �-J! -IIN,NA���A*CA���� -�� �-J! �-B� �,�A���0A*CA���� -�C �-JB �-J2N,NA���0A* A���� �-JI -�C �-B N,�A���A* A���� - � - E �-JJN,NA���0A* A'��0 -�� -�2 2-EE N,�A���A* A'��0 �-JJ �-JE �-J�N,NA���0A* A���� - � �-JJ �-� N,�A���A* A���� -� -�� -!�N,NA���0A*�A���� �-JI �-J2 E-�! N,�A���A*�A���� -� -�C �-B2N,NA���0A*�A'��0 �-J -� �-I! N,�A���A*�A'��0 - 2 - C -I!N,NA���0A*�A���� �-BJ �-J! 2-2� N,�A���A*�A���� �-JJ �-JE -J2N,NA���0A*CA���� -�� -�� !-JB N,�A���A*CA���� -�I -�E C-2BN,NA���0A*CA'��0 - � -�� I-E� N,�A���A*CA'��0 - � -� �-J N,NA���0A*CA���� -�E -�C E- � N,�A���A*CA���� -�� -�E -CI�,�A���A* A���� �-JB �-J� -EC N,�A���0A* A���� �-JE -�2 - 2�,�A���A* A'��0 -�I �-JE -2I N,�A���0A* A'��0 �-JI -�� - ��,�A���A* A���� �-JJ �-J2 - � N,�A���0A* A���� -�� -�C �-JB�,�A���A*�A���� -�B �-J2 C-CJ N,�A���0A*�A���� -�E -�E -CJ�,�A���A*�A'��0 -�2 �-J2 -CC N,�A���0A*�A'��0 �-JJ -� �-�C�,�A���A*�A���� -�! �-J� -�E N,�A���0A*�A���� -�� -�B �-IC�,�A���A*CA���� -�� �-JJ �-CB N,�A���0A*CA���� �-JC �-J� -CI�,�A���A*CA'��0 �-J� -�I �-B! N,�A���0A*CA'��0 -� �-J! �-BI�,�A���A*CA���� �-JE -�C -�E N,�A���0A*CA���� -�C �-JB �-EB

114 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 135: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 14: !�7 ������ $��� 7� � ���� 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-J -�J �-�E �,�A���0A* A���� �-CB -EE -JIN,NA���A* A'��0 -�! -2I -2B �,�A���0A* A'��0 �-EJ �-�E �-!�N,NA���A* A���� - 2 -�2 �-E� �,�A���0A* A���� -�C �-2E �-�IN,NA���A*�A���� �-�J �-I� �-EI �,�A���0A*�A���� �-B - � 2-2JN,NA���A*�A'��0 �-B2 �-�! �-CB �,�A���0A*�A'��0 -J2 !-E2 E-�!N,NA���A*�A���� - � �- ! �-E� �,�A���0A*�A���� �-E2 B-CB �-� N,NA���A*CA���� -2C �-IJ �-I� �,�A���0A*CA���� -EC -B2 - �N,NA���A*CA'��0 -!� -CJ �-B� �,�A���0A*CA'��0 -2 I-CI �-� N,NA���A*CA���� -B� -�� �-IJ �,�A���0A*CA���� �-J� -E� J-C N,NA���0A* A���� �-!B �-�C -CJ N,�A���A* A���� �-J2 -� �-��N,NA���0A* A'��0 -EE �-JE �-BE N,�A���A* A'��0 �-� �-2� �-EEN,NA���0A* A���� -2 -�� �-EC N,�A���A* A���� -�! �-2E J-IJN,NA���0A*�A���� -2! -BB �-II N,�A���A*�A���� -C2 �-E I-2 N,NA���0A*�A'��0 �-J� -�E -C2 N,�A���A*�A'��0 -!B -�� -�EN,NA���0A*�A���� -�E �-�C �-E� N,�A���A*�A���� -B� �-22 �BJ-I!N,NA���0A*CA���� �-B! - C �-JJ N,�A���A*CA���� �-22 �-BB C-2CN,NA���0A*CA'��0 �-JI �-B! �-E! N,�A���A*CA'��0 �-B �-J� -22N,NA���0A*CA���� �-BI -�� -!� N,�A���A*CA���� �-BI �-EI E-�B�,�A���A* A���� �-I� - 2 J-�! N,�A���0A* A���� �-I! �-!B �22-BE�,�A���A* A'��0 - J �-JC �- N,�A���0A* A'��0 �-EE -!� �-EI�,�A���A* A���� -�C �-EE �-J N,�A���0A* A���� -CC -!! �-J��,�A���A*�A���� -2E �-2� �-� N,�A���0A*�A���� -�B �-JE I�C-E2�,�A���A*�A'��0 �-!� �- B �-I� N,�A���0A*�A'��0 �-2C �-JE �-BC�,�A���A*�A���� �-CJ �- E �-B! N,�A���0A*�A���� -!E -CC C-C �,�A���A*CA���� �-JJ �-22 �-�B N,�A���0A*CA���� - B �-JC �2I-2�,�A���A*CA'��0 -E2 �-�� �-EE N,�A���0A*CA'��0 -2! �-B� J-���,�A���A*CA���� !-!I C-! �-�C N,�A���0A*CA���� �-BE -E2 -

DRDC Ottawa TR 2013-160 115

Page 136: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 15: !�7 ������ $��� 7� � ��� � 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-EJ - C -�I �,�A���0A* A���� �-E2 �-2E -!!N,NA���A* A'��0 -�C -C2 -2I �,�A���0A* A'��0 �-IJ �-E2 �-��N,NA���A* A���� �-BE -�C �-IB �,�A���0A* A���� �-B� �-IB -2CN,NA���A*�A���� �-2 -CJ �-BB �,�A���0A*�A���� -�2 �-J �-C�N,NA���A*�A'��0 �-�J �-II �-E� �,�A���0A*�A'��0 -2I �-EE �-ECN,NA���A*�A���� �-!C �-BJ �-BC �,�A���0A*�A���� -�C �-J2 �-� N,NA���A*CA���� �-BI �-B� �-IC �,�A���0A*CA���� - B -2B �-E�N,NA���A*CA'��0 �-2E �-JE -� �,�A���0A*CA'��0 -� - � �-�2N,NA���A*CA���� �-2J - J -�� �,�A���0A*CA���� �-B! �-EI �-2JN,NA���0A* A���� - � - ! - 2 N,�A���A* A���� �-!I �-EJ �-��N,NA���0A* A'��0 -C �-JI �-JI N,�A���A* A'��0 �-E2 �-2� �-I2N,NA���0A* A���� -!E �-JE �-I� N,�A���A* A���� �-IB �-E� - !N,NA���0A*�A���� -�E �-EI �-B� N,�A���A*�A���� �-EJ �-2B �-IEN,NA���0A*�A'��0 �-J �-I! -�2 N,�A���A*�A'��0 �-B� �-B� �- 2N,NA���0A*�A���� -C �-JB �-B� N,�A���A*�A���� -�B �-I� �-EIN,NA���0A*CA���� -�! -�� -�� N,�A���A*CA���� -�J �-J! �-2!N,NA���0A*CA'��0 -EC �-JC �-JJ N,�A���A*CA'��0 - J �-E� �-C!N,NA���0A*CA���� -C! - C -C� N,�A���A*CA���� -�E �-I� �-���,�A���A* A���� - B -�B 2-EC N,�A���0A* A���� �-BJ - � C�E- �,�A���A* A'��0 -�B -C� 2-BJ N,�A���0A* A'��0 �-J� -�E B�-JJ�,�A���A* A���� - ! -CC I-� N,�A���0A* A���� -�2 -�! EB-�J�,�A���A*�A���� �-J2 -CJ �-�I N,�A���0A*�A���� �-JC �-JB ICE-I��,�A���A*�A'��0 �-IJ �-2E - 2 N,�A���0A*�A'��0 �-EJ - ! I�!-�E�,�A���A*�A���� �-I �-!� -�C N,�A���0A*�A���� -�! - ! C-JE�,�A���A*CA���� -CC -!I �-�� N,�A���0A*CA���� �-JB -�E !�-J2�,�A���A*CA'��0 -C2 -EJ �-CI N,�A���0A*CA'��0 -C! -�I � -2��,�A���A*CA���� -�J -�J �-CE N,�A���0A*CA���� -�2 - B �-BC

116 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 137: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 16: !�7 ������ $��� 7� � ����� 7� � � $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� -�! �-JC �- � �,�A���0A* A���� �-JI �-JC C2-� N,NA���A* A'��0 -�B �-J! �- ! �,�A���0A* A'��0 -�� �-JC -I�N,NA���A* A���� -�C �-JI �-! �,�A���0A* A���� -�� �-JI - BN,NA���A*�A���� -�! -�2 �- 2 �,�A���0A*�A���� �-JE �-JJ - �N,NA���A*�A'��0 -� - � �-!J �,�A���0A*�A'��0 -� �-JI -!�N,NA���A*�A���� -�! -�! �-2 �,�A���0A*�A���� �-J! �-BB -B2N,NA���A*CA���� �-JB -�� �-!B �,�A���0A*CA���� -�B -�� �I-!�N,NA���A*CA'��0 -�! �-J! �-�J �,�A���0A*CA'��0 -�E �-J! -IIN,NA���A*CA���� -�� �-J! �-B� �,�A���0A*CA���� -�C �-JB �-J2N,NA���0A* A���� �-JI -�C �-B N,�A���A* A���� - � - E �-JJN,NA���0A* A'��0 -�� -�2 2-EE N,�A���A* A'��0 �-JJ �-JE �-J�N,NA���0A* A���� - � �-JJ �-� N,�A���A* A���� -� -�� -!�N,NA���0A*�A���� �-JI �-J2 E-�! N,�A���A*�A���� -� -�C �-B2N,NA���0A*�A'��0 �-J -� �-I! N,�A���A*�A'��0 - 2 - C -I!N,NA���0A*�A���� �-BJ �-J! 2-2� N,�A���A*�A���� �-JJ �-JE -J2N,NA���0A*CA���� -�� -�� !-JB N,�A���A*CA���� -�I -�E C-2BN,NA���0A*CA'��0 - � -�� I-E� N,�A���A*CA'��0 - � -� �-J N,NA���0A*CA���� -�E -�C E- � N,�A���A*CA���� -�� -�E -CI�,�A���A* A���� �-JB �-J� -EC N,�A���0A* A���� �-JE -�2 - 2�,�A���A* A'��0 -�I �-JE -2I N,�A���0A* A'��0 �-JI -�� - ��,�A���A* A���� �-JJ �-J2 - � N,�A���0A* A���� -�� -�C �-JB�,�A���A*�A���� -�B �-J2 C-CJ N,�A���0A*�A���� -�E -�E -CJ�,�A���A*�A'��0 -�2 �-J2 -CC N,�A���0A*�A'��0 �-JJ -� �-�C�,�A���A*�A���� -�! �-J� -�E N,�A���0A*�A���� -�� -�B �-IC�,�A���A*CA���� -�� �-JJ �-CB N,�A���0A*CA���� �-JC �-J� -CI�,�A���A*CA'��0 �-J� -�I �-B! N,�A���0A*CA'��0 -� �-J! �-BI�,�A���A*CA���� �-JE -�C -�E N,�A���0A*CA���� -�C �-JB �-EB

DRDC Ottawa TR 2013-160 117

Page 138: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

.� ���(� ' �� �'���� �� 7 &����� �� ;,������ �����'� �� ����� �� ����������� ����� � ��������� ���� �� (����� (��� � �� ������- *� ��� �� '������������� ���� �� %9"�:� �� %�'�� � �&�� �� �� %�'�� � ������� �� ��%9"�:� ��� �� ������� '��� (��� 7 �� �-� - %�� ;%� �������� '�� �� ���������� �������� �� %�'�� !- *� ��� ����� �� ���� ��� �� �� '�� &�� � ��� 7 �� �-��2 (��� ���� �� %9"�:� ��� �-� (��� ���� �� ;%�- ��7 (� �7������� �4��� �� 7�-

118 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 139: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 17: �" 7B7 ������ $��� 7� � ��� � 7� � ��� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-IB -� �-J2 �,�A���0A* A���� - I �-JC �-! N,NA���A* A'��0 �-B - E �-J� �,�A���0A* A'��0 �-E� �-JB -!�N,NA���A* A���� �-II �-B! �-EJ �,�A���0A* A���� �-J! -2B �-J2N,NA���A*�A���� �-EJ -�B -CI �,�A���0A*�A���� -I� �- � - IN,NA���A*�A'��0 �-B2 -C! �-�� �,�A���0A*�A'��0 �-E - 2 -!IN,NA���A*�A���� -C2 -�B �-JB �,�A���0A*�A���� �-I! -�! -! N,NA���A*CA���� �-J� �-JC �-E �,�A���0A*CA���� �-JJ -�! �-��N,NA���A*CA'��0 -� -�� �-B! �,�A���0A*CA'��0 -�B �-E! - �N,NA���A*CA���� �-EI -�I �-EC �,�A���0A*CA���� -�! �-B -2�N,NA���0A* A���� - -B2 �-II N,�A���A* A���� �-JE -CE �-J2N,NA���0A* A'��0 �-J! -J �-B� N,�A���A* A'��0 -�B -!� �-B�N,NA���0A* A���� -� -I! -�I N,�A���A* A���� -�! -�I �-J�N,NA���0A*�A���� �-EJ �-B� -2J N,�A���A*�A���� - C �-JB �-J�N,NA���0A*�A'��0 �-BJ �-B! -�! N,�A���A*�A'��0 -B� �-�� -�JN,NA���0A*�A���� �-I2 �-JC -!B N,�A���A*�A���� -�! -C! -CJN,NA���0A*CA���� �-BI �-IE �-B� N,�A���A*CA���� �-II �-BB -2IN,NA���0A*CA'��0 -�B �-E! �-EI N,�A���A*CA'��0 -B! �-E! -CIN,NA���0A*CA���� �-J! �-EI -�E N,�A���A*CA���� �-2� -�C - B�,�A���A* A���� �-J2 �-E� �- 2 N,�A���0A* A���� �-JB �-B2 - J�,�A���A* A'��0 - �-2B �-JI N,�A���0A* A'��0 I-BJ �-C� -�B�,�A���A* A���� �-!I �-I2 -�J N,�A���0A* A���� �-!� - I -�2�,�A���A*�A���� �-JJ �-EB -�2 N,�A���0A*�A���� E-B� - J -B!�,�A���A*�A'��0 �-JC �-2I �-E2 N,�A���0A*�A'��0 �-�2 -2C �-���,�A���A*�A���� �-JI �-2 �-B� N,�A���0A*�A���� -!J 2-B! �-E!�,�A���A*CA���� �-II -�C -I� N,�A���0A*CA���� �-I2 �-JJ �-J!�,�A���A*CA'��0 �-EI �-J2 �-I N,�A���0A*CA'��0 �-B �-E� �-I �,�A���A*CA���� �-2J -C! �-JB N,�A���0A*CA���� -!2 �-� �-IC

DRDC Ottawa TR 2013-160 119

Page 140: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 18: �" 7B7 ������ $��� 7� � ��� � 7� � �� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-B2 -�� �-I� �,�A���0A* A���� �-!B �-J� �-! N,NA���A* A'��0 �-EJ �-BJ �-B� �,�A���0A* A'��0 �-E2 �-J� -!�N,NA���A* A���� �-BJ -�C �-2� �,�A���0A* A���� �-22 -�� �-J2N,NA���A*�A���� -� -� -�� �,�A���0A*�A���� �-B2 �-B - IN,NA���A*�A'��0 �-JI -�E �-J� �,�A���0A*�A'��0 -!� - E -!IN,NA���A*�A���� -�2 �-JB �-EE �,�A���0A*�A���� -!I -�E -! N,NA���A*CA���� �-BB �-BE �-�I �,�A���0A*CA���� -C� �-E� �-��N,NA���A*CA'��0 �-BJ - J �-JI �,�A���0A*CA'��0 �-B! �-B - �N,NA���A*CA���� �-EE -�E - �,�A���0A*CA���� �-J2 �-E� -2�N,NA���0A* A���� �-J -2 �-II N,�A���A* A���� �-I2 -I� �-J2N,NA���0A* A'��0 �-EE -�E - B N,�A���A* A'��0 �-B2 -!I �-B�N,NA���0A* A���� �-BJ - ! -�I N,�A���A* A���� �-BI - �-J�N,NA���0A*�A���� -�� -�� -�� N,�A���A*�A���� �-J� -C2 �-J�N,NA���0A*�A'��0 �-J - ! �-C2 N,�A���A*�A'��0 - � - B �-CJN,NA���0A*�A���� �-JI - ! - I N,�A���A*�A���� �-EE �-BJ �-B�N,NA���0A*CA���� �-BB �-B - J N,�A���A*CA���� -�! -�I !-��N,NA���0A*CA'��0 �-B! �-EJ �-JE N,�A���A*CA'��0 �-B2 -EJ -CIN,NA���0A*CA���� �-J� �-J - � N,�A���A*CA���� -�� �-�J - B�,�A���A* A���� -�J �-I� �- 2 N,�A���0A* A���� -�! �-EJ - J�,�A���A* A'��0 -22 �-2 -B� N,�A���0A* A'��0 -�� �-J� -�B�,�A���A* A���� �-BJ �-CJ -�J N,�A���0A* A���� -C� �-EE -�2�,�A���A*�A���� �-JE �-B! -�2 N,�A���0A*�A���� - � �-BB - ��,�A���A*�A'��0 �-JJ �-EI �-E2 N,�A���0A*�A'��0 -B� -�� -E2�,�A���A*�A���� �-BB �-BI �-B� N,�A���0A*�A���� !-BB - � �-!!�,�A���A*CA���� �-22 �-JC -I� N,�A���0A*CA���� -�� �-2J �-J!�,�A���A*CA'��0 �-2J �-EI �-I N,�A���0A*CA'��0 �-JB �-EI �-I �,�A���A*CA���� �-2I �-BE �-JB N,�A���0A*CA���� -!� �-B �-IC

120 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 141: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 19: �" 7B7 ������ $��� 7� � ��� � 7� � �� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� - � -�� �-I� �,�A���0A* A���� �-J� �-B2 2- JN,NA���A* A'��0 -�B �-B! �-B� �,�A���0A* A'��0 -2! �-JB -!�N,NA���A* A���� -�2 - 2 -2� �,�A���0A* A���� -�2 -�B �-J2N,NA���A*�A���� -�! -�I �-!! �,�A���0A*�A���� -�� �-J! - IN,NA���A*�A'��0 - B - I -�C �,�A���0A*�A'��0 -�I -CB -!IN,NA���A*�A���� -�� �-BC �-B2 �,�A���0A*�A���� -CE -!I -! N,NA���A*CA���� �-BB -�� -C �,�A���0A*CA���� -�� �-EC �-��N,NA���A*CA'��0 - � - � �-JB �,�A���0A*CA'��0 - I �-IE - �N,NA���A*CA���� �-B2 - B �-I! �,�A���0A*CA���� �-JI �-E� -2�N,NA���0A* A���� �-J� -�B �-II N,�A���A* A���� �-E� �-2! �-J2N,NA���0A* A'��0 �-J� -�2 - B N,�A���A* A'��0 -�� -!! �-B�N,NA���0A* A���� �-BB -!� -�I N,�A���A* A���� -�C - � �-J�N,NA���0A*�A���� -�C �-JJ �-C� N,�A���A*�A���� �-I� �-J� �-J�N,NA���0A*�A'��0 - J -C �-C2 N,�A���A*�A'��0 �-IB - I �-CJN,NA���0A*�A���� �-JI �-JB �-�� N,�A���A*�A���� �-I2 �-B! �-B�N,NA���0A*CA���� -�! -�� - J N,�A���A*CA���� �-I - C !-��N,NA���0A*CA'��0 -�� �-BJ �-JE N,�A���A*CA'��0 �-2J -IE -CIN,NA���0A*CA���� - I �-JC - � N,�A���A*CA���� �-II -�! - B�,�A���A* A���� -!E �-EI �- 2 N,�A���0A* A���� �-B2 �-B - J�,�A���A* A'��0 -CI �-I! -B� N,�A���0A* A'��0 �-E! �-BJ -�B�,�A���A* A���� -�J �-I -�J N,�A���0A* A���� -C� �-BC -�2�,�A���A*�A���� �-JI �-IC -�2 N,�A���0A*�A���� �-J� �-BJ - ��,�A���A*�A'��0 -�2 �-I! �-E2 N,�A���0A*�A'��0 -�I -�B -E2�,�A���A*�A���� �-B �-II �-B� N,�A���0A*�A���� - E �-II �-!!�,�A���A*CA���� �-I �-BB -I� N,�A���0A*CA���� - ! �-BI �-J!�,�A���A*CA'��0 �-B �-BE �-I N,�A���0A*CA'��0 - B -� �-I �,�A���A*CA���� �-BE �-EE �-JB N,�A���0A*CA���� -�J �-JE �-IC

DRDC Ottawa TR 2013-160 121

Page 142: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 20: !�7 ������ $��� 7� � ���� 7� � ��� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� -�� �-E! �-EI �,�A���0A* A���� -C �-I� -E N,NA���A* A'��0 �-EC �-E! �- J �,�A���0A* A'��0 -�J �-BB J-BBN,NA���A* A���� �-BE �-J �-22 �,�A���0A* A���� �-J2 �-2I �-I�N,NA���A*�A���� - E �-E2 �- I �,�A���0A*�A���� -�E -�C �-BCN,NA���A*�A'��0 -�B �-B2 �-C2 �,�A���0A*�A'��0 - C -C �-�BN,NA���A*�A���� -C! -�2 �-C2 �,�A���0A*�A���� -IC -CB �-�!N,NA���A*CA���� �-EC �-2C C-�C �,�A���0A*CA���� �-B2 �-JI �-I2N,NA���A*CA'��0 -!� �-IJ C-JI �,�A���0A*CA'��0 -�E -�� �-�CN,NA���A*CA���� �-IE �-B� �- I �,�A���0A*CA���� - I -�2 �-�CN,NA���0A* A���� �-B� �-JB -I� N,�A���A* A���� -EB �-J! �-��N,NA���0A* A'��0 -�J -�I -2E N,�A���A* A'��0 �-JJ �-2B �-EEN,NA���0A* A���� �-EE �-J� -IE N,�A���A* A���� �-J �-!I J-�EN,NA���0A*�A���� �-JJ -�� �-JC N,�A���A*�A���� C-� �-E! I-2 N,NA���0A*�A'��0 -�J -EC �- C N,�A���A*�A'��0 -CB -JC -�EN,NA���0A*�A���� -2E -�! �-EE N,�A���A*�A���� E-J� �-B! C-!2N,NA���0A*CA���� - � �-J� !- N,�A���A*CA���� -C� �-C� C-2CN,NA���0A*CA'��0 �-JC -2� -!! N,�A���A*CA'��0 -2B -!2 -22N,NA���0A*CA���� -�J �-JJ �-II N,�A���A*CA���� �-IC �-!� E-�B�,�A���A* A���� �-E� �-JI �-�E N,�A���0A* A���� �-EI �-IJ I-B2�,�A���A* A'��0 �-E! �-JE �-�B N,�A���0A* A'��0 �-IJ �-I! �-EI�,�A���A* A���� �-E �-BC �-I� N,�A���0A* A���� - � - J �-J��,�A���A*�A���� -!2 -CJ �- N,�A���0A*�A���� �-!B �-J2 -CE�,�A���A*�A'��0 -CJ -�J �-CI N,�A���0A*�A'��0 �-!C �-2E �-BC�,�A���A*�A���� - C -�� �-B� N,�A���0A*�A���� �-CC �-B� C-C �,�A���A*CA���� �-JB �-J �-IB N,�A���0A*CA���� C-�� �-I! !-EI�,�A���A*CA'��0 -!� �-J! �-�! N,�A���0A*CA'��0 C-I� J-I� J-���,�A���A*CA���� -�B �-B� �-�! N,�A���0A*CA���� - E -2� -

122 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 143: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 21: !�7 ������ $��� 7� � ���� 7� � �� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-!2 �-BB -�� �,�A���0A* A���� - �-E �-�EN,NA���A* A'��0 �-IC -C� �-I� �,�A���0A* A'��0 �-B2 �-IJ �-�CN,NA���A* A���� �-I2 - �-E� �,�A���0A* A���� �-EI �-E! �-�IN,NA���A*�A���� �-2I -CI -I �,�A���0A*�A���� -C� �-J� �-JJN,NA���A*�A'��0 �-I! -�! �-I2 �,�A���0A*�A'��0 -�2 -�E -�!N,NA���A*�A���� -�2 �-�J �-�B �,�A���0A*�A���� �-�� -2! �-� N,NA���A*CA���� �-IE �-�E -2 �,�A���0A*CA���� �-IJ -�E - �N,NA���A*CA'��0 �-IC -2! - � �,�A���0A*CA'��0 �-JC -EB �-� N,NA���A*CA���� �-!B �-2I �-�E �,�A���0A*CA���� �-I2 �-EC �-BIN,NA���0A* A���� �-B� �-B �-�J N,�A���A* A���� �-EB �- I �-��N,NA���0A* A'��0 �-B� -�! �-B� N,�A���A* A'��0 -CJ �-2� �-EEN,NA���0A* A���� �-EB -�C �-C� N,�A���A* A���� -�J �-!C J-IJN,NA���0A*�A���� �-I! �-2! �-J� N,�A���A*�A���� �-�2 �-!I I-2 N,NA���0A*�A'��0 -C� - �-I� N,�A���A*�A'��0 -CB -JC -�EN,NA���0A*�A���� - � �-2C �-B� N,�A���A*�A���� �-�C �-I! C-!2N,NA���0A*CA���� �-!C -�B - B N,�A���A*CA���� �-2J �-! C-2CN,NA���0A*CA'��0 �-2C -C� �-�2 N,�A���A*CA'��0 �-B� �-I� -22N,NA���0A*CA���� �-!I -�C �-CJ N,�A���A*CA���� �-CC �-C2 E-�B�,�A���A* A���� - 2 -C� �-�E N,�A���0A* A���� �-I! �-!B CJ-! �,�A���A* A'��0 - � �-JB C-B! N,�A���0A* A'��0 �-2C �-B �-EI�,�A���A* A���� �-B! �-J� C-!J N,�A���0A* A���� - -�E �-J��,�A���A*�A���� -! -BI �- N,�A���0A*�A���� �-J2 - B -CE�,�A���A*�A'��0 -!I -I� C-�B N,�A���0A*�A'��0 �- 2 �-EB �-BC�,�A���A*�A���� -� -�� -�! N,�A���0A*�A���� -�� �-II C-C �,�A���A*CA���� �-2 �-22 �-CI N,�A���0A*CA���� �-J� �-C� !-EI�,�A���A*CA'��0 - B C-C� �-�� N,�A���0A*CA'��0 -!C �-BE J-���,�A���A*CA���� - � �-!C �- C N,�A���0A*CA���� -C -!� -

DRDC Ottawa TR 2013-160 123

Page 144: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 22: !�7 ������ $��� 7� � ���� 7� � �� $��� ���)� ��� �� �������

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

���5� ����� !"���� �!"��� �

# ���� �# ��� �

���� ���� �

N,NA���A* A���� �-CB -�J -�� �,�A���0A* A���� �-J� �-!I �-�EN,NA���A* A'��0 �-!� -2I -2B �,�A���0A* A'��0 �-EJ �-!E �-�CN,NA���A* A���� �-CE -22 �-E� �,�A���0A* A���� -�C �-E! �-�IN,NA���A*�A���� �-EC �-JC -I �,�A���0A*�A���� �-JE �-J! �-JJN,NA���A*�A'��0 �-E -!B �-I2 �,�A���0A*�A'��0 �-EC - ! -�!N,NA���A*�A���� - B -!J �-I� �,�A���0A*�A���� �-J �-�� �-� N,NA���A*CA���� �-E2 �-EB �-I� �,�A���0A*CA���� �-BE �-JC - �N,NA���A*CA'��0 -�� - � �-!! �,�A���0A*CA'��0 �-JI -2 �-� N,NA���A*CA���� �-JJ - C �-IJ �,�A���0A*CA���� �-I� �-IE �-BIN,NA���0A* A���� - 2 �-BC �-�J N,�A���A* A���� �-EB �-JB �-��N,NA���0A* A'��0 -2� - 2 �-B� N,�A���A* A'��0 -CJ �-E �-EEN,NA���0A* A���� - C -�� �-C� N,�A���A* A���� -�J �-I2 J-IJN,NA���0A*�A���� �-B2 �-B �-I N,�A���A*�A���� �-�2 �-�C I-2 N,NA���0A*�A'��0 �-EJ -!2 �-!� N,�A���A*�A'��0 -CB -JC -�EN,NA���0A*�A���� �-B �-I2 �-2! N,�A���A*�A���� �-�� �-I! ��-BBN,NA���0A*CA���� -� �-BI -2E N,�A���A*CA���� �-!C �-I C-2CN,NA���0A*CA'��0 �-JE �-I2 �-�2 N,�A���A*CA'��0 �-!E �-EE -22N,NA���0A*CA���� �-JC -�C - E N,�A���A*CA���� �-!2 �-2E E-�B�,�A���A* A���� -E� - 2 �-�E N,�A���0A* A���� �-!! �-! J -B��,�A���A* A'��0 -�2 - C C-B! N,�A���0A* A'��0 �-2C �-EI �-EI�,�A���A* A���� �-JI �-J� C-!J N,�A���0A* A���� - �-J! �-J��,�A���A*�A���� -I! -�! �-�C N,�A���0A*�A���� �-B! - B -CE�,�A���A*�A'��0 -C -�! -�C N,�A���0A*�A'��0 �-EC �-EB �-BC�,�A���A*�A���� �-EC -�� -BB N,�A���0A*�A���� -E� �-II C-C �,�A���A*CA���� �-2I -2! �-�! N,�A���0A*CA���� �-J -�B !-EI�,�A���A*CA'��0 -2� �-�� �-� N,�A���0A*CA'��0 �-E� �-BC J-���,�A���A*CA���� -�C �-C� �-�J N,�A���0A*CA���� -J! -C -

124 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 145: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

.� �� �'��� ���(� �� ������ �� 7� ��� � �����5��� ����� �� �� ��� ��- %�'�� E ��� %�'�� �� ���( �� �������� � ��(�� &�� � ��� 7� �� ��� ���� ����� �����&����� �� ������ &�� ��- %��� ���������� �� ���� �� �� ������ ������ �� 7� ���7 - <��� ���� ��� �� (� ��&� ��������� �� �� ������ ������ ��� 7� �� �-�C-%�� ������ ��� �������� � 7� �� �� ����� �������� � 7 �� � � � �� �� �� ��� � �������- 6� �� ��� ����� ���� ��� �� �� ������ ����� �� �� ������ ������������������ ��&�������� (� ��&� ������ �� �� ���� ����� � (����� ��������� (������� ������ �� ���/ ��� (��� �� (����� ������� �� �� � ��� '��- ��(�&����� ���� ������ � �� �� ������- 6� ����� � ���������� � �����'�� ���� �� ������������� (� � � ������ � ������ &����� �� (���� � ��'�� � ���� ������� � ���� �� (�����- 6 �� ����� ���� ���� ��� �� �� �� ;,������ �����'� �� �������� (����� ������� ���� �� ������� ���/ ��� ��� �� � '� ��� �����'�-

DRDC Ottawa TR 2013-160 125

Page 146: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

8.2 Naïve Bayesian Classifier

%�� ��� �� '���( �7����� �� �4��� �� �� '��0��� �� �� ������5����� ���� ����?&� +������ ������5�� �� ����'- %�� ������� ��� ��� ������ ��� �� �� %9",�:� ��� ������� ��� ���� @/ ���� �2C�- %��� ��&�� � ���,������ ������ ��(� ��� ���&�� � �� ���/ ��� ������ ���� �� <�� <� ���� %��������- <��� (��������� � ���� (���� (� ��&� (� �������- ����� �� � ���� (��� � (����� �������� � �� � ���� (�� � (�����- > � ������5����� �������� �� �� �����(�D

� 9��� �� �� ��� ��� ���� ������ �� ��� ���� �� (��� �� ���� ������ �� ��*������ ���� ��� ��� ��� ��� ������ ���5� ������- *� ���� ��� �� �������� ������ ��� ��� '��� �� �� ��� ���� ������ ��� ��� �� �� &�����-

�� ����� � ����7 �� ���(� '���(D

� �

�����$�$ �

���$�$ �

%��$�$ �

%��$�$

����$�� �

���$�� �

%��$�� �

%��$��

������� �

������ �

%����� �

%�����

���� � ������ � ��� �� &���� ��������� �� ��������- %�� � �������� ��,���� �� ���� ��� �� � '����� ������ �� ������ ���5� �����- <�� �7,������ ����

$�$������ �� �������� �� ��� ���� (��� �� ������� ��� �� ��N,N ���5� �����-

C� ����� � ����� &���� � (���� ������ ������ �� ����� �� ���� ��� ��- �-�-�� � �� ������� �� �� 5�� ��� �� �� � '������ � ����� -

!� %�0� �� ���� ��� &�� � ������������ �� ���-

2� ����� � ����7 �� � �� �� ��� �������� + � �� ��- ���� ����� ����� ��

� �� ��� ��� �� . ��� � �������&����

��� ������ �� � ������ ��� &�� � �� ���� �� �� � �'�� �� ��������� ��� � �������� � � ������- *� ������ Q��

I� ����� � ����7 � � ������ -

E� ����� � ��?&� +������ ������5�� �� � ����� �� "����� E-2-� ��� C-

B� 6���� �� ���� &���� ��� ��� ���� ������ ���5� ������ ��� ���'��� ������ ��� ��� �� &���� �� �� ��� �� �-�-� � � � ��$�$ �

�$�� �

���� �

� -

J� ����� �� �� &���� � ������ ��� ������ �� ����� ���'�'������ �� � �����

�� "����� E-2-� ��� 2-

126 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 147: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

%�� ���� ���� �� ��� �� �������� �� �� �����(��� �����D ���A*�����A9��������� ����� �� ��� (�� � (����� ��� ���,��� ��� ����� �� ��� (��� � (�����-<�� �7������ ���A* A���� ������ � ���� ����� �� ��� (�� %��� ���0� ���*����� ������ �� ���� ���� �� ������- "���� ���� ��� ��� �� � ���� ������������ �� ��� ���� (� �� �� ��� �� ���,��� � �� �� �����5�� �� ����������- ���� �����5�� ��������� �� ���� �� ������� ������� ������5�� � (��������� � �� ��� � �'�� �� (����� ���� ���� ������-

Table 23: �<� ������ $������ '��()���� ���?�� ����) � � ����� �� �$� ������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� � �����

������ ��������

���A* A���� �-��CI�� �-JJICEB ����A* A'��0 �-�2!E�I �-E!2�E! ����A* A���� �-� �I! �-JBJC2J ����A*�A���� �-�!�ICE �-J2JCIC ����A*�A'��0 �-E2�ICB �-�!JCI� ���A*�A���� �-��!�EE �-JJ2E�C ����A*CA���� �-JJJ2E� �-���!�B ���A*CA'��0 �- �!�!! �-BE2J2I ����A*CA���� �-��!C�I �-JJ2IJ! ����0A* A���� �-�� ! J �-JJB2B ����0A* A'��0 �-JBBBJ! �-� �I ���0A* A���� �-�C BJ �-JIB �J ����0A*�A���� �-�E!�J �-J�2J ����0A*�A'��0 �-2 B!�2 �-!B 2J2 ���0A*�A���� �-��I2�B �-JJC!E� ����0A*CA���� �-��2�� �-JJ!EJJ ����0A*CA'��0 �-��!2EC �-JJ2!�E ����0A*CA���� �-�I� C2 �-JCJBI2 �

%���,��� �-�!IJE2 �-J2C��2 �

%���0,��� �-��EEB2 �-JJ�� 2 �

9 �!� ��2������: �� �� �3�: ����� �!� �7�+�+ ��: �!� �������! �������: �� ��2���� ��

%�'�� �C ���������� �� (��� ����&��� �� '��0��� �� �� ������5�� �� ������,��� ��'�� � ������ ������� �� ������5����� �� �� ���� ����� ���- .��� ���� ����� ���'�'������ ��� ���� ���� ��E�V�� ��� �� �� ������5������ ��� �����,���- %�'�� �! ���(� �� � ����� ��� � �� '��0��� �� ����&�� ���� ����� � ��������� ��� �������- 6� ��� ����� �� ����� ���'�'������ ��� ���� �������� &��������� !�V � I�V-

DRDC Ottawa TR 2013-160 127

Page 148: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 24: �<� ������ $��� '��()���� ���?�� 7� � ���� ����) � � ����� �� :������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� � �����

������ ��������

���A* A���� �-!��JIJ �-2EE�C ����A* A'��0 �-C �J2I �-IBJ�!! ����A* A���� �-2�C�E� �-!JIE�B ���A*�A���� �-�!IECE �-J2C�IC ����A*�A'��0 �-!B� II �-2 JBC! ����A*�A���� �-!ECE2J �-2�I�! ����A*CA���� �-CE JC �-I�BB�E ����A*CA'��0 �-!J�EJE �-2�J��C ����A*CA���� �-2ICBCI �-!CI I! ���0A* A���� �- IJCC �-BC�IE ����0A* A'��0 �-C �JJ! �-IBJ��I ����0A* A���� �-I�I2!� �-CJC!2B ���0A*�A���� �-!IBJI �-2C �! ����0A*�A'��0 �-C2!E! �-I!2�2J ����0A*�A���� �-C E2 �-IB�2 ����0A*CA���� �- B!�EC �-B 2J�E ����0A*CA'��0 �-!E 2JE �-2�B!�C ����0A*CA���� �-!2��C2 �-2!EEI2 �

%���,��� �-CJI�!2 �-I�CE22 �

%���0,��� �-!!!�JB �-222E�� �

%�'�� �2 ���������� �� ���� �� ������ '��0��� �� ����&��� �� ���( �� ������B- - 6� ��� ����� ��� �� �� &����� ��������� � (����� ��� ������� ������5��(�� &�� ���� ���'�'���- %�� ��� (�� ��� ���0� �� ������� ������5��� ���� (������ ���'�'���- %�� ��� (�� �� ���0 ���0� �� ��������� ������5��M ��(�&����� ����� ���'�'������ ��� �����&�� �&��� ��� ���� �� �� �������� ������5�����- 6�� ������� � ��� ���� �� ���� �� ��� �� ����� (�� (������ (��� �������������5��� �� ����� � ���'�'������ �� �� ���0 ���0� ���� ������ (��� ���� ������� �� �� ��� ���0�- %��� �� ������� �� ���� ������� �� ������� (��� ��&������4�� �� ������5������ ��������� (��� �� ���� �� � ���� �(� ���� �� ���������� �� ������,�,����� ���� �� ��(-

��7 (� �������� ���� ������� � ��� �� �� �������� ��� ��4������� '�(��� (��������- ���� ����� �� �� (������ ����� � �� � 0���� ��� ����� C �� � � �- * '������� ����� � ��� *� ] *C '����� � ����� C-

128 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 149: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 25: �<� ������ $��� '��()���� ���?�� 7� � ��� ����) � � ����� �� :������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� � �����

������ ��������

���A* A���� -�E@,!� ����A* A'��0 -I!@,CC ����A* A���� -�2@,C� ����A*�A���� !-�I@,C� ����A*�A'��0 �-2B@,�E ����A*�A���� -!@,� ����A*CA���� J-E2@,�! ����A*CA'��0 E-I!@, I ����A*CA���� !-�!@,�� ����0A* A���� B-C�@,�E ����0A* A'��0 -�C@,�B ����0A* A���� -�!@,�2 �-JJJJBB ����0A*�A���� �-���!C �-JJJ2IJ ����0A*�A'��0 2-�J@,�I �-JJJJJ2 ����0A*�A���� �- �IBC �-BJC IJ ����0A*CA���� �-CE@,�2 �-JJJJEI ����0A*CA'��0 2-2�@,�I �-JJJJJ! ����0A*CA���� �-��!� I �-JJ2EB! �

%���,��� �-J!!JJ2 �-�22��2

%���0,��� �-!BJ��J �-2 �JJ �

%�'�� �I ���������� �� (��� ����&��� �� '��0��� �� (� ��� ��'�� � ���,���� ������� �� ���� ���� ������� �&�� �� �� �� ����� ���'�'������ ��� ����-%�'�� �E ���������� �� (�� � ����� ��� � �� '��0��� �� ����&�� (� ��� ���� ��'�� � ������� ������� �� ���� ������� ' � � ����� ���'�'������ ��� ��(��-%�'�� �B ���������� �� (�� ������ '��0��� �� ����&�� (� ��� ������� ���,�������� '�(��� �� ��� ������ � ��� ��� (�� (����� ������ � ] C� ����- *���� ��'�� � ������� ������ �� ����� �� (����� �� �� ���� ��� �� ���� ������� ���'�'��� �� �� ���� '�������� � ����� � ��� ����� C ��� &�� �������- 6���� ���� �� ��� (�� ���0 ���0� �� ������� �����5�� �� (��� � (�����- %����� ������� ��� ���� �� (� ��� ��'�� � ������� ������ �� (����� ������ ��� '� '��� � �� � ���� ����� ��?&� +������ ������5�� ��� (��� (� (�� ������������ '�(��� ����� (�� � (����� ��� ���� (��� -

DRDC Ottawa TR 2013-160 129

Page 150: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 26: �<� ������ $������ '��()���� ���?�� ����) � � ����� �� 2 ������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� �

����� �

:��'�'��� �� �'�������� �

����� C

�������������

���A* A���� �-��IE!I �-��C� �-JJ��!! C���A* A'��0 �-C�BC!2 �-E�@, �-IE I22 C���A* A���� �-��CB�� �-� ! E! �-JI���! C���A*�A���� �-�!B!JC -E @,�B �-J2 2�E C���A*�A'��0 �-B�I�I2 B-!B@, � �- JCEC2 ���A*�A���� �-���I�J �-E2�!J! �-�!!BEE ����A*CA���� �-JJ2C!2 -CJ@,�J �-��!I22 ���A*CA'��0 �- I�!CI E-C2@, � �-BCE2I! C���A*CA���� �-��C2BC �-I2I��� �-C!�� 2 ����0A* A���� �-����E2 �-�C2�E� �-EI�I2C C���0A* A'��0 �-JB2 C C-BC@, �-� !BIJ ���0A* A���� �-�IE2EC �-�2JBCE �-BE�2BJ C���0A*�A���� �-��E2�� -�C@, ! �-JE�!EB C���0A*�A'��0 �-2B!I22 J-I@,�I �-! 2CC2 ���0A*�A���� �-� � �� �-���BBC �-JB!JJ2 C���0A*CA���� �-��JBEC �-�� 2!I �-EBB2B C���0A*CA'��0 �-��!C�J !-E!@,�J �-JJ2IE C���0A*CA���� �-���J I C-2B@,�� �-JEE�B! C

%���,��� �-�J �IB �-�IC��J �-B!2E�C C

%���0,��� �-� ��BI �-!J�I!C �-!JJ�E C

130 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 151: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 27: �<� ������ '��()���� ���?�� 7� � ���� ����) � � ����� �� 2 ������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� �

����� �

:��'�'��� �� �'�������� �

����� C

�������������

���A* A���� �-C JBII �- !�CJ �-2CJE!C C���A* A'��0 �-�EB�� �-��B�JB �-!JCE� C���A* A���� �-!B2B�C �-�E�BI� �-�! C I ���A*�A���� �-�2CEJ �-CJ��BJ �-22! � C���A*�A'��0 �-!EE22! �-�EBIBE �-�!CE2J ���A*�A���� �-!�IB!2 �-� JE2 �-CI B ���A*CA���� �-CI��CJ �-�B !I �-C2BC ���A*CA'��0 �-!B!E2! �-�JCCCJ �-�� J�E ���A*CA���� �-22�CI �-�C22�! �-� � 2 ���0A* A���� �- 2!�2 �- ! ��J �-E!CCB2 C���0A* A'��0 �-C C� �-C�J!2E �-CEECCC C���0A* A���� �-2BBBJB �-��I�! �-��!BI� ���0A*�A���� �-!IE �C �-�B !BJ �-�2 !�B ���0A*�A'��0 �-CIC �E �-CCEC� �-�JJ2EC ���0A*�A���� �-C�E!! �-C!!BII �-C�EIJ! ����0A*CA���� �- JE!EI �-CBCJB �-! B2!C C���0A*CA'��0 �-!IJ2� �-�B�!J �-�!JJBB ���0A*CA���� �-!2 !IB �-�BI�CJ �-�I�!JC

%���,��� �-!���! �-C ��2B �-�BJE��

%���0,��� �-!!�2I! �-�E�EEC �-�BIIIC

DRDC Ottawa TR 2013-160 131

Page 152: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

Table 28: �<� ������ '��()���� ���?�� ����) 7� � ��� ����) � � ����� �� 2������

%���� ���� %�����

:��'�'��� �� �'�������� �

�����

:��'�'��� �� �'�������� �

����� �

:��'�'��� �� �'�������� �

����� C

�������������

���A* A���� -E @,!� �-��CJ!2 �-JJI�22 C���A* A'��0 �-BI@,CC �-�22�E! �-J!!E�I C���A* A���� -EE@,C� �-�2IC C �-J!CIBE C���A*�A���� !-CJ@,C� �-2�C E �-!JIB�J ����A*�A'��0 !-�@,�E �- �J! B �-BE�2B� C���A*�A���� -EE@,� �-CIC2JB �-ICI!�� C���A*CA���� -!B@,�C �- E��BE �-B�JE C C���A*CA'��0 I-E�@, I �-2EC�I! �-!�IECI ����A*CA���� !-BC@,�� �-!CB!I �-2I 2CJ C���0A* A���� -C�@,�I �-�E I�2 �-J�BCJ2 C���0A* A'��0 B-CB@,�J �-I�EJ2 �-CJ��!J ����0A* A���� -�C@,�2 �-2� �B �-!JBJ�B ����0A*�A���� �-���E�C �-�2�2EB �-J!BIJJ C���0A*�A'��0 !-�I@,�I �-2III�B �-!CCCBE ����0A*�A���� �- ��2 I �-�BC!� �-2JI�BC C���0A*CA���� �-�E@,�2 �-2! BCB �-!2B !� ����0A*CA'��0 !-C @,�I �-22!I!I �-!!2C2 ����0A*CA���� �-��IJC2 �-�!2�B� �-J!EEB� C

%���,��� �-J2C2C �-���I�I �-�!2B!!

%���0,��� �-22CCIE �-�JC!JC �-C2C CJ

132 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 153: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

9 Conclusion

��������� (������ ���� � �����5��� ���� � ������� ��� ��� ��� ��( �������������������- *���'��� ����� (�&������ ��� �7��� �� ��� ������������� ������������� '��� ���������1���� �� �� ��1� ��� ����� �� �� �'���- ��������� �����/ ����&� '��� ��� ��� ��� ���� � ���������1� �� ��������� �� �������� �������������� ��������� �����- %�� ��1�� ������ ��� ������� ���������� �� �� ������������ �� ������� ��������- .� ������� (���'��� ����� ������ ��� ��� ��������� T������� (�&�= � ����� �� �� �'��� ����' ���� ���� ����� �� ��- "���� ������������ ��� ��������� ' �� ������� ������������� �� �� �'���� �� ������� �� '������ �� ������������� T5��������= �� ��� '� ��� � �������1� ���'���- %��� ������ � ������ �� ���&�� �� ������ �� �� ����� ��� '� ��� ����� ��������� (����� ������ �� ��� 0��&��� ������� ' � ���� �� ���� ���������'���� �� �� ��� ������������� ����������- :��������� ��� ������ ��� ���� ������ ������ ���( �� � �� ������ �����'�� � �� �� �����(�&� ����� � ��������������� (������ ������� ' � ����-

6 ��� '��� ���(� �� �� ��� ��� �������� �9%�� �� � (����� ������� �����,�� ���������� �'� �� ������� ����� ��� (���� �� �������� �� �� ��1�� �������� ����� �&� ���������- %�� � ����� �� �� 9%� ������� �����/ �� ��������������� �� �� �'��� � � ������ ����� �� �� ������� ���� �� ���� ����� ��&��,����� ��� '��0��� ��� �� (��� �� �� � ��� '��- %�� ���0 �� ��� �'��� �� (�����&��� �����(�&� ����� ������ ���� '������� �������� �� �� ������� �� '��,(��� ��������� (������- "��&��� �� ���'��� �� �� �� ��,��'������ �� ����� ��������������� �� ��� ���� '��� �� �� ����� ����� ��� �� � ���� �� (��� �� ���� ���� '��0��� �� &�� (���� ��� �� ������ (�� ��� (��� �� ���� ������ ����0�� �� �� ���������� ��&�������-

. ��������� ����� ��� �� ������� �� '��,(��� ��������� (������ �� ������������- 6 ���1�� �� %��� 9��� "/ ���� ����7 :����� ����� �%9"�:�� �� ��; �������,% �� ����� �;%�� � �7��� �� ���������� �� ����� �� �� ������ �7��������� ������ ��� �����- %�� ����������� �� ���� (� ������ ��� �����,����� �7������ �� �������� ��� �� %9"�:� ������� � ���&��� '��� ��� ����-

%�� ������� ������� ������ �� (� ���������� ����- <���� �� ���������� �� ��'��0��� �� ��� �7����� ���� ������� ���� ������ (��� �� ���� ������-%��� ��� '� �������� �� � ����'����� ���- "������ � ��'��� �� �� ������������ �� (������� (���� ��� � '� ������� � � '� ������- %��� �� �� ��� ��' ������ � (����� ���'���- %��� ��&��&�� ���� ������ �� ���� (����� �� ��������-�-� 0��&�� ��� ����� �� �� &���� � ��1��- ��� �� �� (������= ���� ������� � '� �������� ' � ����'����� ���� ����� �� ����� � ����&� �� '��0��� ������������ ���� �� (����� ��������� ��- >��� �� ���� �� ����'���� ����� (����� ���'��� �� �������� �� ��������� �� ������ ��� '� ������� � - 6�

DRDC Ottawa TR 2013-160 133

Page 154: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

���� ��������� ���� ������ �� ����=� ������ �� ��������� �� �� �� '��0��� ������������ ��� ����&��- %�� ��������� ������ ����� �� � '���� � � ������������5��� (���� ��������� (����� �� �������� ���� ������� � (����� �� ��-��� �� ���( �� �� ����� �� (����� ������� ���� ��?&� +������ ������5����� ��� (�� '��0��� ��� ����&�� ���� �� %9"�:� ����� ���������-

%��� ����� ������� ���������� ��� �� '���� �� ���/ ���,�(��� ���� ������ ���,���� � �� �� ���/ ��� ����� ���� 2�� ��1 � 2 3�1- %�� ���� ������ (����0�� �� �� ���������� ��&������� (�� �����5��� ����� �� ��- %�� ��� �� � �,��� �� ���� ������ � ����,�4 �������� '�(��� 2� �� � 2� �� ���&��� � �,5���� ���������� � ���� '��,(��� (������ ������ ���� ��� �� ���0 ��������&�� (��� �� (����� �� �'�� ��� ' �� '��-

%�� ������� ��� �� � ���� �� � ���� �����(�&� ����� ��� '� ��� ��� / ��0��� �����'�� ���� �� ������ ��� (������ �� �� '� ��������� ���� ���� �������-. ���,������ ����� ��/ ������ (� �� '� ����� ��� �� ���/ ���,�(��� ����, ������ ������� � �� ��� ���������� � �- %��� �� ������� �� ��� ��� ����������� ��� ��� �� �� ��������� ' ���� '��� �� � �� �� '� ��� ��� ��&����������� (���� �� ������ �� �� �����'������-

%��� � � ��� � ������� � ����� �� 6"� �6����������� " �&�������� ��� �����,���������� ����'��� ��� �������� � �&�&�'��� ' ���&����� �����&�� ������� ����������� (������ � � ���� �������- <�� �7������ �����'�� ��� ���� ������������ �� �������� �� � ����� '��'��� �� ��������� (������ �� 6@�� ������&���� �7����,�&� ��&����� (��� ����( ������� ������ � / ��0� �� ����1� ���� ����� ��� ���&������� �� ������ ���������- "�������� 0��(����� �� �� ������� ��� �������� ���������� ������ '����� �������� ���/ � ' ������ (���� (��� ����( / ��0�� ��� '������� �������� ��������-

134 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 155: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

References

K L �- 3- :� ���� U3 ��� � �� ����������� �� ��������� (����� ������� �����������U &?@ ���:� I��R��� ��� � �� �������DAA(((-�����-��&A��8��� A���A B!!C�-��� �.����� ���D >��'�� ������J�-

K�L �-,�- ����� "- 9��� �- �- ���� �- .- "������� ��� :- ;- N������� U6��������� ��������� (����� ��������U ?��� ������ ���2������ +���� ���- ���2� ��-2�RI -

KCL .- .� ��� H- 9�� 3- H- %���� �- +�(����� ��� "- 9��0(���� U. ��&��( ����������� (����� ������� ��� �������� �� ��������&��U ���2� �; �!� �**A?��� ?��� ���;� �� &���������/ ������� ��: �������� .��- ���E� ��- !!CR!!B-

K!L .- �- � �� �- �- ����� ��� *- <������� U��������� (������ ������� ����������,������� �����������U ��?� ���;����2� �� ��;��2� ��� ��: ��2������2!��������� +����� �.� ��&- JJB� ��- I�RIE-

K2L .- �- � � ��� �- �- ����� U. ������,���/ ��� �* ����� ��� ���������(����� ������� ��� ��� �� �� (��� � �&���������U �� ��?� ���2� �� ���������: �� ��:/ �������/ �� ���2������ ��: ?���������2� (�$?. ��2!��������;�� ,� ����: =�;���� ��: 7�� ��;��2� ���� ":6@ :���- &��- !E�B� ����� ��-JJR �2-

KIL .;@9.� U����������� �� � ��������� (������ ������� ���� ����������������� ����������� 5��� �����U� <� =���� �; @����2�� ��� � �� �������DAA(((-�����-��&A��8��� A���A�����A J� C!-��� �.����� ���D >��'����� ���J�-

KEL ^- �� ���� ��� �- *��� U����� '���� ��������� ���� �������U ?���+��"� ?��� +�2����3� � ��� ^ �� ���E� ��- EI2REIB-

KBL ^- �� ���� ��� �- *��� U����� '���� ��������� ���� �������U ?��� ?������;����2� �� +�2����3��/ �� ���2������/ '������� ��: ���2�����2���� �� ���B ��>��." ���B�� ��- RB-

KJL �- 3������&�� �- �������0�&� ��� .- N������� U)*+ ����� �� ������� ���������� �� '��,(��� (�������U ?��� ���;����2� �� B�:�� ��6@ ���I�� ��- R!-

K �L �- "� �� ��� �- 9�����4� U���� �� ������1���� �� � ����� �������������� ���� ��������� ������������U ���2�����2 7����� &��- !�� ��- !� <�'-���!� ������ ��D ���!� E�-

DRDC Ottawa TR 2013-160 135

Page 156: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

K L �- @- +� �� U%�� ���� ���� �7������� �����D '��0��� �� �����&���������U ?��� '������� ��: ����������� ��2��� &���������� . �- JBI� ��- 2R�C-

K �L �- @- +� �� U%�� ���� ���� �7������� ������U ������ C �� ������������2��� ������2 8���:�� 9- <����� ��-� "�������,N������ +������ JEI-

K CL H- � � ��� %- ;- "��0��� U3�������1�� ������,��,� ����� ����� ����7������ ����� �� �� @� ���� ���� �� ������� ���������U ?��� ������'������� ���������� &��- CE� ��- �� <�'- JBJ� ��- ��JR�C!-

K !L %- ;- "��0�� ��� >- :������� U)���� �� ����7 ������ ����� � ������ ����������� �� � � � �� ������7 �7����������U ?��� '������� ���������+���� &��- CE� ��- � <�'- JJ2� ��- !BR22-

K 2L �- 9- ����0��� �- �- "����� ��� �- �- �������� U����� ��������� (��������� �7�����&� ������� �� ������ ���� ���������,(�&� ����������U $*�!'����� )��% ?��� �����!�� ���;����2� �� ��2���� ��2!������ >�- JJI� ��- JR�2-

K IL :- @- ;������ �- 9- ����0��� �- �- "����� .- �- ��;������ ��� ^- *-" ���� U:��&�� �������� ��� ���������� ����������� (������ � �&�������������U ?��� '�� ���� � +���� <�'- ����� ��- ER�C-

K EL �- �- "����� �- 9- ����0��� ��� %- @- ����� U%����,��������������������,(�&� ������� ��� ��������� (����� ��������U ?��� ������+�2���� �!��� ��2!�� &��- !J� ��- J� "��- ��� � ��- 2B R 2J�-

K BL �- �- "����� �- 9- ����0��� ��� %- @- ����� U���� 5��� ������� � �����(�&���� ��������� (�&� ���/ �������U ?��� +��"� ?��� +�2����3� � ��� ^ �����E� ��- IJCR IJI-

K JL 9- H ����� �- "�� ���� ��� :- ��4�� U:����&� ���������,(�&� ��������U ?���+�2����3� +���� "��- ���C� ��- CJR2�-

K��L ;- "- ^- � ���� �- .����'� 3- "�������� .- ���� ����� ;- %����0� �-����� ��� 6- � ������� U��������� (�&� �&����� ��� �� ��������U ?���$%�! '����� ?��� ���;� �� ��2���� ��2!������ ����� ��- I�R II-

K� L 3- "�������� �- �- .������� ��� �- .����'� U> ���� �����&� ���������(�&� ��� �� ����������U ?��� $��! �����!�� ���;� �� ��2���� ��2!������������ � ��- E�R EJ-

K��L .- :������� ��� 9- .�������� UN���� ��� ���������,(�&� ������ ������������ (����� ��������U ���2� ��?�� &��- !CEC� ��� � ��- C2RCJ-

136 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 157: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

K�CL �- .- ������ "- @- ����0� ^- .- 9�&'���� ��� ^- .- 3�������� U����,���(���,5���,��,&��( �����&� ���������,(�&� ��������U ���2� ��?�� &��- !E J������ ��- C! RC!J-

K�!L %- %�������� ��� �- ��0���&�- ����J�- )���(���'��� �)*+� ����,����� �������� ����� ��� ��������� (����� �������D ������������� ��� ����� , ����� � ���� >�(�� %� ���J, J�-

K�2L %- %��������- ��� ��- ������� �� ��������� *������ �� "���� +��� )��������� ������ ���� >�(�� 9�, -

K�IL .-:- <�� �������� ^- "����/ �� H- �- �- .���� %- %��������- ��� �-���������1���� �� ���,(���'��� ������� ���� ������ 6@@@ .������ ���*������� :��������� 9����-

K�EL ^- H- "����/ �� H-�- �- .���� .- :- <�� �������� @- �- "���� 3- .- ��������� %- %��������- ��� �- ������ �� �� )���(���'��� .������� %������"�� .����� )���� @�������� "��� ���� ����� 6@@@ .������ ��� *�������:��������� 9����-

K�BL %- %��������- ����J�- "������ ��� ���� �������� )���� )���,(���'��������� ����� ������ %%�: �.� .3, � , ������� <���� :���������<�*�� �.�9.�%� ������7� ��&� "����� ������ .���� ��,�!-

K�JL �- �������� ��� %- %��������� :��������� �� )���(���'��� ����� �����(�� .���������� �(���� ������� �� >'�� ��� %������ !� 6����������"����� � �� .����� %�������� ��� .������ @������������� K.�%@�L��� �� .������� @������������� ���������� K.�@�@�L- ^ � 2 R J�>�(�� �� �-

KC�L H- .���� .- <�� �������� ^- "����/ �� "- ��00�� %- %��������� .� )���*���'��� .������� %������ "�� .����� ��� ����� ����� .���������� !�6���������� "����� � �� .����� %�������� ��� .������@������������� K.�%@�L ��� �� .������� @������������� ����������K.�@�@�L- ^ � 2 R J� >�(�� �� �-

KC L .- <�� �������� ^- "����/ �� H- .���� ��� %- %��������� . " � ��.������ ���������1���� "��� )���� ������ !� 6���������� "����� ��� .����� %�������� ��� .������ @������������� K.�%@�L ��� ��.������� @������������� ���������� K.�@�@�L- ^ � 2 R J� >�(�� �� �-

KC�L �- ��0���&�� ��� %- %��������� :�������� " ���� �� *����� "���� ������ �� 6�P ���� �� �� � ��� +�� �� ��������� *����� ������� +������ 9��,��� ���������� !� 6���������� "����� � �� .�����%�������� ��� .������ @������������� K.�%@�L ��� �� .�������@������������� ���������� K.�@�@�L- ^ � 2 R J� >�(�� �� �-

DRDC Ottawa TR 2013-160 137

Page 158: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

KCCL �- .�&�� �- ��0���&�� ��� %- %��������� %���� ������� ��� 6����5����� ���� ����� +���� :������� @������� ��� ����� ������ !� 6����������"����� � �� .����� %�������� ��� .������ @������������� K.�%@�L��� �� .������� @������������� ���������� K.�@�@�L- ^ � 2 R J�>�(�� �� �-

KC!L ^-H- "����/ �� H-�-�- .���� .-:- <�� �������� "-�- ��00� ��� %-%��������- ��� ��- %������ "�� .����� ��� )*+ .����������� �� � )�"66���������� "����� � �� @������������ %���� �@�%"�� +������3�����-

KC2L .- :- <�� �������� ^- "����/ �� H- �- �- .���� %- %��������- ��� �- �����"���� �� .�/ ������ ���� �� 6������� �� �������� ����� ����� "����":6@ �������� "�� �� ] "������� .���� �2,�J� �� � >������� )".-

KCIL �- .&��� %- %��������- ��� �- ������� ��� 6����5����� �� ���������*������ ���� ����7 :������ ":6@ �������� "�� �� ] "������� .���� �2,�J��� � >������� )".-

KCEL �-�- ��������� H- G � :-�- ��4����� ��� ^->- � ���� T������������������� ��� ����������� �� � ������� ���(���'��� ������ �����������= >����� @����������� &��- CE� ��- B22, BIJ� ^ �� JJB-

KCBL �-�- �������� ��� �- ��(���� T������� �������� ���� � ������� ���(���'��� ������ ����� ������= 6@@@ %����- �� .������ ���:���������� &��- !B� ��- BIB,BEB� ^ �� ����-

KCJL �-�- ��������� �-�- � ������ ��� �-�- :������ T������ ����� �����������������= :���- ":6@ ����- �� ����� :���������� %��������� ���.����������� ���&��� �>� &��- �B!2� ��- E2,B�� . � � JJI-

K!�L H- G � �-�- ��������� G- G � ��� ^->- � ���� T:���������� ���������� ��������� ������ ����� ����� ��� ��� ' ���� �'��� ��������= 6@@@ %����- ��3��������� ��� ����� "������� &��- CJ� ��- !IE,!EB� ����� ��� -

K! L H- F���� ��� �-�- ��������� T����� ��� ����� '���� �� ���������������������� �� �������� ��������= 6@@@ %����- �� .�������� ��� @��������"����� &��- !�� ��- I�, EC� ^�� �� ���I-

K!�L %- %�������� ��� �- *����0� ����� ����� %�������� +������ ���� %����I,�II� >�(�� �����'�� ���I� !I �-

K!CL "- �� 0���&��� �- ��0�&��� %- %��������� ��� 9- "��0�&��� . ��( �������� ����� '����'��� ������ �������� �� ����� ����� ������ !�6���������� "����� � �� .����� %�������� ��� .������

138 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 159: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

@������������� K.�%@�L ��� �� .������� @������������� ����������K.�@�@�L- ^ � 2 R J� >�(�� �� �-

K!!L "- �� 0���&��� �- ��0�&��� %- %��������� ��� 9- "��0�&��- ��� ��- .����� ��� ���,������� ������ � ��������� �� ����� ����� ������ 6@%"����� :���������� N��- !� 6�� � C� ��- C�2,C C-

K!2L "- �� 0���&��� ��- ��0�&��� %- %��������� 9- "��0�&��- ��� �- 6����������� ��������� �� ����� ����� ������ ":6@ �������� "�� �� ] "������� .�����2,�J� �� � >������� )".-

K!IL �"% " ��� " ��� �"% ���� �� "�� ����� %�������� .3���DAA(((-��-���A �.����� ���D >��'�� ��� ���J�-

K!EL ����,<��/ ��� "� � �� "�� ����� .�������DAA(((-�����-���A���� ��A��A����A �.����� ���D >��'�� ��� ���J�-

K!BL G<�%�� ������� ��DAA(((-������-���A �.����� ���D >��'�� ��� ���J�-

K!JL ^- �- ;�� �� '�������� ��3��(,����� JBB-

K2�L �- "- @����� U+���(��� ��� ������&� �� ����� �������� ������ :�� 66�U �!�+�2����3� @�� ��- E!RB�� ^��- JI!-

K2 L �- %�� ��� �- :������� U.� �����7���� ���� �� ��� ���� ����� �� ������&��� �� �������U ?��� ������ '������� ���������� &��- .:,�!� ��- �� ����� JEI� ��- �C2,�CI-

K2�L �- <- ���������� U@4�� �� ������ ��1� �� ����� '���(���� ��� �8������U@� �; B�����2! �; �!� &������� ������ �; ����:��:�0=� ����� :���������� &��-I!�� ��- � ^�� ��,<�'� �� JI�� ��- , �-

K2CL .- "0��&����0 ��� ^- <- F_������ U@��������� ����� ������ �������U % ��������� :���������� �� .�@ "����� �� "���� .������� �������(((-��-'������-��&A����A���BA�������BA �����W�0�W�,�B-��� �.����� ���D>��'�� ��� ���J�-

K2!L ����� ������� 7� ��� �; ,� �� �������� �� B�:��;��C���2 ���2��� ������28���:� �� �!� 8��C���2 B���� ;�� $ �, �� $** �, �"��� ���� I�-

K22L <�� ��� ������ "����� 2 R ����� <��/ ��� ��&����� " '��� < R)���,*���'��� >�������-

K2IL �- "- .�&�� >- �- :������,<����� %- ;- "��0��� ��� "- �- ���� @7��������� ����� ������ ��������� ���� ���� ����������� �'���� ���1��� �� ����7������ �����/ �� 6@@@ %����- .������ :���������� &��- !2� ��- !E 2I� ^��- JJE-

DRDC Ottawa TR 2013-160 139

Page 160: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

K2EL �- ; ������� ��� �- *- % ��� U@������� �� :�������� �� @7��������������� "�� ����� ��� :���,F��� ��������� �� ������U 6@@@ %���������� ��.�� ����� "������ ��� "����� :���������� &��- C�� ��- I� ��- BCC,B!�� JB�-

K2BL 3- ;- .�� � U@������� �� :�������� �� @7��������� ������ "�� ����� ��������U )��&���� �� ����� 6������ ;������� ����� 6��������BB � .���� ���C-

K2JL 3- �������� U������7 @7�������� .������U B ^ �� ���E- K>�����L-.&����'��D ��DAA(((-���(��0�-���A����'������A5���7������A �!CJ,������7,�7��������,�������- K.������� �� . � ��� �L-

140 DRDC Ottawa TR 2013-160

Page 161: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

DOCUMENT CONTROL DATA(Security markings for the title, abstract and indexing annotation must be entered when the document is Classified or Designated.)

1. ORIGINATOR (The name and address of the organization preparing thedocument. Organizations for whom the document was prepared, e.g. Centresponsoring a contractor’s report, or tasking agency, are entered in section 8.)

Defence Research and Development Canada –

Ottawa

3701 Carling Avenue, Ottawa ON K1A 0Z4, Canada

2a. SECURITY MARKING (Overall securitymarking of the document, includingsupplemental markings if applicable.)

UNCLASSIFIED

2b. CONTROLLED GOODS

(NON-CONTROLLED

GOODS)

DMC A

REVIEW: GCEC APRIL 2011

3. TITLE (The complete document title as indicated on the title page. Its classification should be indicated by the appropriate abbreviation (S, C or U) in parentheses after the title.)

Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection

4. AUTHORS (Last name, followed by initials – ranks, titles, etc. not to be used.)

Nikolova, N.� Thayaparan, T.

5. DATE OF PUBLICATION (Month and year of publication ofdocument.)

February 2014

6a. NO. OF PAGES (Totalcontaining information.Include Annexes,Appendices, etc.)

162

6b. NO. OF REFS (Totalcited in document.)

59

7. DESCRIPTIVE NOTES (The category of the document, e.g. technical report, technical note or memorandum. If appropriate, enterthe type of report, e.g. interim, progress, summary, annual or final. Give the inclusive dates when a specific reporting period iscovered.)

Technical Report

8. SPONSORING ACTIVITY (The name of the department project office or laboratory sponsoring the research and development –include address.)

Defence Research and Development Canada – Ottawa

3701 Carling Avenue, Ottawa ON K1A 0Z4, Canada

9a. PROJECT OR GRANT NO. (If appropriate, the applicableresearch and development project or grant number underwhich the document was written. Please specify whetherproject or grant.)

12pz16

9b. CONTRACT NO. (If appropriate, the applicable number underwhich the document was written.)

10a. ORIGINATOR’S DOCUMENT NUMBER (The officialdocument number by which the document is identified by theoriginating activity. This number must be unique to thisdocument.)

DRDC Ottawa TR 2013-160

10b. OTHER DOCUMENT NO(s). (Any other numbers which maybe assigned this document either by the originator or by thesponsor.)

11. DOCUMENT AVAILABILITY (Any limitations on further dissemination of the document, other than those imposed by securityclassification.)

( X ) Unlimited distribution( ) Defence departments and defence contractors� further distribution only as approved( ) Defence departments and Canadian defence contractors� further distribution only as approved( ) Government departments and agencies� further distribution only as approved( ) Defence departments� further distribution only as approved( ) Other (please specify):

12. DOCUMENT ANNOUNCEMENT (Any limitation to the bibliographic announcement of this document. This will normally correspondto the Document Availability (11). However, where further distribution (beyond the audience specified in (11)) is possible, a wider announcement audience may be selected.)UNLIMITED

Page 162: Ultra-Wideband (UWB) high-resolution radar for concealed ...Ultra-wideband (UWB) high-resolution radar for concealed weapon detection N. Nikolova McMaster University T. Thayaparan

13. ABSTRACT (A brief and factual summary of the document. It may also appear elsewhere in the body of the document itself. It is highlydesirable that the abstract of classified documents be unclassified. Each paragraph of the abstract shall begin with an indication of thesecurity classification of the information in the paragraph (unless the document itself is unclassified) represented as (S), (C), or (U). It isnot necessary to include here abstracts in both official languages unless the text is bilingual.)

This project investigated the feasibility of ultra-wideband (UWB) high-resolution radar in the de-tection of concealed weapons with a focus on weapons hidden under clothing. A prototype system was built. The prototype system involved a frequency-sweep test setup using a vector network analyzer. Measurements under realistic conditions (cluttered environment) were carried out at McMaster University where volunteers from the military police participated and carried (unloaded) guns or knives. The preliminary results suggest that microwave radar working in the frequency range from 500 MHz up to 5 GHz can indeed uncover the presence of weapons hidden under clothing at a range of about one to two meters. The detection is not strongly dependent on the position of the person or on the clothing. Small objects such as mobile phones and keys do not seem to affect significantly the performance.

14. KEYWORDS, DESCRIPTORS or IDENTIFIERS (Technically meaningful terms or short phrases that characterize a document and couldbe helpful in cataloguing the document. They should be selected so that no security classification is required. Identifiers, such asequipment model designation, trade name, military project code name, geographic location may also be included. If possible keywordsshould be selected from a published thesaurus. e.g. Thesaurus of Engineering and Scientific Terms (TEST) and that thesaurus identified.If it is not possible to select indexing terms which are Unclassified, the classification of each should be indicated as with the title.)

Inverse Synthetic Aperture Radar � Synthetic Aperture Radar� S-Method� Adaptive S-Method�

Local Polynomial Fourier Transform� Time-Frequency Analysis� Non-Stationary Signals

Le projet a examiné la possibilité d’utiliser un radar à haute résolution à bande ultra-large (UWB) pour détecter des armes dissimulées, en particulier celles cachées sous des vêtements. Un prototype de système a été construit. Il comprenait un montage d’essai à balayage de fréquences utilisant un analyseur de réseaux vectoriels. De plus, des mesures ont été réalisées à l’Université McMaster dans des conditions réalistes (environnement encombré) dans le cadre desquelles des policiers militaires ont délibérément transporté des armes à feu (non chargées) ou des couteaux. Selon les résultats préliminaires, le radar hyperfréquence fonctionnant dans la gamme de fréquences de 500 MHz à 5 GHz permet bel et bien de détecter la présence d’armes cachées sous des vêtements à une distance d’environ un ou deux mètres. La détection ne dépend pas fortement de la position de la personne ni des vêtements. Par ailleurs, les petits objets, comme les téléphones mobiles et les clés, semblent avoir peu d’effet sur les performances.