一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法技術

一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法，通過一種基于指數平滑濾波器的雜波抑制算法剔除復雜的背景信號，更快速、準確地保留運動人體目標的信息；通過一種基于希爾伯特變換的包絡檢測算法，從而實現將各運動目標置于不同包絡的波峰；通過一種基于將固定閾值和自適應閾值相結合的算法，從而更快速地實現將各運動目標的分離在不同的區域；本發明專利技術方法簡單、執行效率高，適用于便攜式穿墻雷達隔墻對多運動人體目標的探測，為穿墻雷達對各運動目標準確定位提供了有力的保障，可有效提高穿墻雷達的工作效率。

【技術實現步驟摘要】
一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法
本專利技術屬于穿墻雷達
，特別是涉及一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法。
技術介紹
穿墻雷達自一面世就引起了社會各方的廣泛關注，英國《新科學家》雜志曾經在2009年將穿墻雷達列為未來30年最有前景的十項科技專利技術之一，并稱它的作用將如同手機、互聯網等一樣對現代人類生活產生巨大的影響。穿墻雷達作為一種正在發展中的新技術，該技術可以廣泛地應用在軍事、反恐、救災、醫療、警戒、安檢等領域。對于穿墻雷達技術而言，國內外學者的研究主要集中在穿墻雷達的硬件設計以及其信號處理技術兩個方面。而目標探測、虛假目標剔除、成像及多運動目標實時搜索、跟蹤等是穿墻雷達的信號處理技術主要的研究方向。其中，對運動目標實時探測是穿墻雷達的關鍵技術之一，它決定了穿墻雷達對各運動中的目標位置準確探測的策略，是目標的定位和實時跟蹤的基石，并直接影響了穿墻雷達的整體性能。目前，關于國內外的專家和學者對單運動目標的實時探測取得了極大的成功，推出了各種有效地實時單運動目標探測、定位技術。但是在多運動目標場景下，由于穿墻雷達的回波信號成分復雜，包含發射天線和接收天線之間的直接耦合波、墻體界面的反射波、系統熱噪聲和周圍環境的白噪聲、射頻干擾信號和墻壁后面目標的反射回波等，特別是由于多運動目標場景下各目標的回波信號經過多次反射后相互干擾，導致回波信號成分更加復雜，真實目標被淹沒在其中從而難以探測出真實目標，故在多運動目標自動探測、定位方面的進展卻不盡人意。如果有一種新的方法能夠對穿墻雷達的回波信號按照各運動目標到接收天線的距離進行有效分離，即每區域里只含一個運動目標，那么再結合現有的單運動目標的探測方法就能夠實現對多運動目標的實時探測。因此，如何在多運動目標場景下實現對穿墻雷達回波信號按照各運動目標實時分離的技術，成為本領域亟待解決的技術問題。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法。本專利技術提供的技術方案是：一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法，包括如下步驟：步驟1、預采集前K次的一維回波信號，求出它們的平均值y0(n)，n代表離散的時間，且n∈[1,N]，其中N為每條掃描數據的采用點數；步驟2、從第K+1條掃描數據開始，將當前采集的掃描數據，假設為第k條掃描數據，經過指數平滑濾波處理，獲得消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)；步驟3、對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)進行希爾伯特變換得到進一步獲得當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的包絡E(n)；步驟4、利用固定閾值TH1對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的做粗分離，其實現步驟為，步驟4.1，計算包絡E(n)所有點的幅度的平均值步驟4.2，令閾值將該閾值與包絡E(n)幅度值進行比較，當Xout1(n)為1就表明該位置有目標，Xout1(n)為0就表明該位置沒有目標，從而將包絡E(n)的幅度值大于閾值TH1的點形成非零區域；步驟4.3，令x'k(n)＝x'k(n)×Xout1(n)，將當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的幅值不等于0的點構成若干有效區域；步驟5、利用自適應閾值TH2對步驟4中的某一個有效區域做細分離，假設有效區域為閉區間[a，b]，其中[a,b][1,N]，所述的步驟5包括如下步驟：步驟5.1，假設滑動窗的長度為2M-1；步驟5.2，計算該閉區間第一個點，即a點，對應的自適應閾值TH2，其中步驟5.3，如果該點對應的包絡幅度值E(a)≥C2×TH2，則令Xout2(a)＝1，否則Xout2(a)＝0，Xout2(a)為1就表明該位置有目標，Xout2(a)為0就表明該位置沒有目標；步驟5.4，重復步驟5.2～5.3所述方法依次求出閉區間[a，b]其它點的輸出結果Xout2(m)，再利用x'k(m)＝x'k(m)×Xout2(m)，則對經過步驟4的粗分離后形成的有效區域[a，b]再進一步分離為若干不同的有效區域；步驟6、對步驟4中形成的其他有效區域重復步驟5.1-5.4的方法分別完成對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)在其他區域的細分離。優選的，所述的步驟2包括如下步驟：步驟2.1，利用前一條掃描數據獲得的平滑序列yk-1(n)和當前采集的掃描數據xk(n)計算出平滑參數α，其中min為求最小值運算，max為求最大值運算；步驟2.2，利用yk-1(n)、xk(n)和α計算出當前的平滑序列yk(n)，其中yk(n)＝αyk-1(n)+(1-α)xk(n)；步驟2.3，將當前采集的掃描數據xk(n)減去前一條掃描數據獲得的平滑序列yk-1(n)，獲得消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)，所述的x'k(n)＝xk(n)-yk-1(n)。優選的，所述的步驟3包括如下步驟：步驟3.1，對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)做離散時間傅立葉變換得到頻譜X(ω)；步驟3.2，將X(ω)的相位φ(ω)按照公式做90°或-90°移相得到相位Φ(ω)，如果ω>0，做90°移相得到相位Φ(ω)，如果ω<0，做-90°移相得到相位Φ(ω)；再由X(ω)的模|X(ω)|和相位Φ(ω)構成新的頻譜Y(ω)＝|X(ω)|ejΦ(ω)；步驟3.3，對Y(ω)做傅立葉逆變換后再乘以因子得到對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)進行希爾伯特變換后的結果其中π為圓周率；步驟3.4，利用當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n))和構建解析信號j為虛部符號，求出解析信號Z(n)的瞬時幅值即獲得當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的包絡E(n)。優選的，所述的步驟4.2中參數C1取0.2。優選的，所述的步驟5.3中其中C2取0.8。優選的，所述的步驟5中M取15。優選的，所述的步驟1和步驟2中K取5。本專利技術的有益效果是：一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法，通過一種基于指數平滑濾波器的雜波抑制算法剔除復雜的背景信號，更快速、準確地保留運動人體目標的信息；通過一種基于希爾伯特變換的包絡檢測算法，從而實現將各運動目標置于不同包絡的波峰；通過一種基于將固定閾值和自適應閾值相結合的算法，從而更快速地實現將各運動目標的分離在不同的區域；本專利技術方法簡單、執行效率高，適用于便攜式穿墻雷達隔墻對多運動人體目標的探測，為穿墻雷達對各運動目標準確定位提供了有力的保障，可有效提高穿墻雷達的工作效率。附圖說明圖1為穿墻雷達回波示意圖；圖2為目標多次反射示意圖；圖3為對X(ω)做的移相的程序框圖；具體實施方式1、理論基礎如附圖1所示，穿墻雷達的回波信號可表示為:fr(t)＝fd(t)+sr(t)+fc(t)+fn(t)+fw(t)(1)其中fr(t)是墻雷達的回波信號，sr(t)是墻體后的運動目標信號，fd(t)是直接耦合波，fw(t)是墻體的反射波，fc(t)是背景雜波信號，fn(t)是噪聲，t表示連續的時間。其中，墻體后的運動目標信號sr(t)除了包含了目標的真實回波外還包含了目標的多次反射回波，如附圖2所示，圖中t1-t5分別為對應的反射波達到接收天線的時間。下面從理論上討論目標的多次反射回波對目標探測的影響。為了分析的簡單，附圖2假設是在理想情況下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、預采集前K次的一維回波信號，求出它們的平均值y0(n)，n代表離散的時間，且n∈[1,N]，其中N為每條掃描數據的采用點數；步驟2、從第K+1條掃描數據開始，將當前采集的掃描數據，假設為第k條掃描數據，經過指數平滑濾波處理，獲得消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)；步驟3、對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)進行希爾伯特變換得到進一步獲得當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的包絡E(n)；步驟4、利用固定閾值TH1對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的做粗分離，其實現步驟為，步驟4.1，計算包絡E(n)所有點的幅度的平均值步驟4.2，令閾值將該閾值與包絡E(n)幅度值進行比較，Xout1(n)=1,E(n)≥TH10,E(n)<TH1,]]>當Xout1(n)為1就表明該位置有目標，Xout1(n)為0就表明該位置沒有目標，從而將包絡E(n)的幅度值大于閾值TH1的點形成非零區域；步驟4.3，令x'k(n)＝x'k(n)×Xout1(n)，將當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的幅值不等于0的點構成若干有效區域；步驟5、利用自適應閾值TH2對步驟4中的某一個有效區域做細分離，假設有效區域為閉區間[a，b]，其中所述的步驟5包括如下步驟：步驟5.1，假設滑動窗的長度為2M?1；步驟5.2，計算該閉區間第一個點，即a點，對應的自適應閾值TH2，其中TH2=Σj=a-Ma+ME(j)2M+1;]]>步驟5.3，如果該點對應的包絡幅度值E(a)≥C2×TH2，則令Xout2(a)＝1，否則Xout2(a)＝0，Xout2(a)為1就表明該位置有目標，Xout2(a)為0就表明該位置沒有目標；步驟5.4，重復步驟5.2～5.3所述方法依次求出閉區間[a，b]其它點的輸出結果Xout2(m)，再利用x'k(m)＝x'k(m)×Xout2(m)，則對經過步驟4的粗分離后形成的有效區域[a，b]再進一步分離為若干不同的有效區域；步驟6、對步驟4中形成的其他有效區域重復步驟5.1?5.4的方法分別完成對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)在其他區域的細分離。...

【技術特征摘要】
1.一種穿墻雷達對多運動目標實時探測、分離的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、預采集前K次的一維回波信號，求出它們的平均值y0(n)，n代表離散的時間，且n∈[1,N]，其中N為每條掃描數據的采用點數；步驟2、從第K+1條掃描數據開始，將當前采集的掃描數據，假設為第k條掃描數據，經過指數平滑濾波處理，獲得消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)；步驟3、對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)進行希爾伯特變換得到進一步獲得當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的包絡E(n)；步驟4、利用固定閾值TH1對當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的做粗分離，其實現步驟為，步驟4.1，計算包絡E(n)所有點的幅度的平均值步驟4.2，令閾值將該閾值與包絡E(n)幅度值進行比較，當Xout1(n)為1就表明該位置有目標，Xout1(n)為0就表明該位置沒有目標，從而將包絡E(n)的幅度值大于閾值TH1的點形成非零區域；步驟4.3，令x'k(n)＝x'k(n)×Xout1(n)，將當前消除直達波及靜止目標的信號x'k(n)的幅值不等于0的點構成若干有效區域；步驟5、利用自適應閾值TH2對步驟4中的某一個有效區域做細分離，假設有效區域為閉區間[a，b]，其中所述的步驟5包括如下步驟：步驟5.1，假設滑動窗的長度為2M-1；步驟5.2，計算該閉區間第一個點，即a點，對應的自適應閾值TH2，其中步驟5.3，如果該點對應的包絡幅度值E(a)≥C2×TH2，則令Xout2(a)＝1，否則Xout2(a)＝0，Xout2(a)為1就表明該位置有目標，Xout2(a)為0就表明該位置沒有目標；步驟5.4，重復步驟5.2～5.3所述方法依次求出閉區間[a，b]其它點的輸出結果Xout2(m)，再利用x'k(m)＝x'k(m)×Xout2(m)，則對經過步驟4的粗分離后形成的有效區域[a，b]再進一步分離為若干不同的有效區域；步驟6、對步驟4中形成的其他有效區域重復步驟5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳小莉，白迪，田茂，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42