超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，其采用了橢圓包絡(luò)線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊界成像算法來實(shí)現(xiàn)超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像，該算法通過一發(fā)多收天線間與目標(biāo)體在每個(gè)時(shí)刻的幾何關(guān)系，構(gòu)造與目標(biāo)體邊界相切的橢圓包絡(luò)線簇。并選取橢圓包絡(luò)線簇上的三點(diǎn)來構(gòu)造此時(shí)刻目標(biāo)邊界的實(shí)際等效圓，將相鄰時(shí)刻的實(shí)際等效圓做平均處理得到平均等效圓。對(duì)所有時(shí)刻進(jìn)行相同處理后，所得到的平均等效圓圓心軌跡即可視為目標(biāo)體邊界的運(yùn)動(dòng)軌跡，將所有時(shí)刻成像點(diǎn)數(shù)經(jīng)過軌跡函數(shù)進(jìn)行整合統(tǒng)一，便能夠得到目標(biāo)體邊界形狀的信息，完成成像過程。本發(fā)明具有成像精確度高、抗噪性強(qiáng)和復(fù)雜度低的特點(diǎn)。
【專利說明】超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超寬帶穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶穿墻雷達(dá)的高分辨率、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使其在醫(yī)療、救援、反恐以及監(jiān)視等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，在穿墻成像的實(shí)現(xiàn)中對(duì)于墻體后運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與識(shí)別更是成為了近幾年國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。與靜止目標(biāo)不同，超寬帶穿墻雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像過程需要將每個(gè)時(shí)刻成像點(diǎn)通過目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡整合統(tǒng)一，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的位置甚至形狀的還原。在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的過程中，由于天線位置固定，對(duì)于目標(biāo)體做的水平直線、非水平直線以及隨機(jī)曲線運(yùn)動(dòng)軌跡而言，每個(gè)時(shí)刻的成像過程相互獨(dú)立。傳統(tǒng)的超寬帶穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像多采用后向投影法，該算法計(jì)算量過大，不利于實(shí)時(shí)成像，且不能對(duì)目標(biāo)邊界形狀進(jìn)行還原。現(xiàn)有的超寬帶雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊界還原算法通過天線與目標(biāo)體的幾何關(guān)系，找出每相鄰時(shí)刻間成像點(diǎn)之間的關(guān)系，進(jìn)行成像。雖然此類算法能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體水平直線、非水平直線以及隨機(jī)曲線運(yùn)動(dòng)軌跡的成像，重建目標(biāo)邊界情況。然而，在噪聲環(huán)境下成像效果不佳，成像點(diǎn)數(shù)受到天線制約，邊界還原的精確度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，該方法具有成像精確度高、抗噪性強(qiáng)和復(fù)雜度低的特點(diǎn)。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，包括如下步驟:
[0006]第一步，以墻體水平直線為橫坐標(biāo)，根據(jù)逆合成孔徑雷達(dá)原理，將具有I個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線的收發(fā)分置天線固定，待掃描區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)完畢后，得到該掃描區(qū)域所有時(shí)刻電磁回波的準(zhǔn)波前函數(shù)；
[0007]第二步，取某時(shí)刻電磁回波作為研究對(duì)象，并將收發(fā)分置天線中的發(fā)射天線和其中一個(gè)接收天線的坐標(biāo)視為橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)，電磁回波路徑視為橢圓的長(zhǎng)軸，根據(jù)此關(guān)系構(gòu)造橢圓包絡(luò)線；其中一發(fā)N收的收發(fā)分置天線可構(gòu)造N條均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線，N條橢圓包絡(luò)線形成橢圓包絡(luò)線簇；
[0008]第三步，選取距離橢圓包絡(luò)線簇最短的一點(diǎn)作為中心點(diǎn)，并在該中心點(diǎn)兩側(cè)的橢圓包絡(luò)線簇邊界上取一定數(shù)量的點(diǎn)作為成像點(diǎn)；其中，以最左的點(diǎn)、最右的點(diǎn)和中心點(diǎn)三點(diǎn)成圓構(gòu)造此時(shí)刻目標(biāo)邊界的實(shí)際等效圓；
[0009]第四步，將此時(shí)刻與上一時(shí)刻實(shí)際等效圓的半徑和圓心做平均處理，得到該兩相鄰時(shí)刻的平均等效圓，記錄平均等效圓的圓心坐標(biāo)；
[0010]第五步，選取下一時(shí)刻為研究對(duì)象，重復(fù)第二步到第四步，直至所有時(shí)刻均處理完畢；[0011]第六步，將得到的平均等效圓圓心坐標(biāo)軌跡視為目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)軌跡；根據(jù)此軌跡結(jié)合各個(gè)時(shí)刻中的成像點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行平移整合至第一個(gè)時(shí)刻上，即可完成對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體邊界的還原。
[0012]上述方案中，所述收發(fā)分置天線中接收天線的個(gè)數(shù)N的取值范圍介于2?6之間。
[0013]上述方案中，所述收發(fā)分置天線為一發(fā)四收天線，其可構(gòu)造四個(gè)均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線。
[0014]本發(fā)明采用了橢圓包絡(luò)線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊界成像算法來實(shí)現(xiàn)超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像，該算法通過一發(fā)多收天線間與目標(biāo)體在每個(gè)時(shí)刻的幾何關(guān)系，構(gòu)造與目標(biāo)體邊界相切的橢圓包絡(luò)線簇，算法從原理上最大程度的減少噪聲對(duì)算法的影響。通過選取橢圓包絡(luò)線簇上的三點(diǎn)來構(gòu)造此時(shí)刻目標(biāo)邊界的實(shí)際等效圓，將相鄰時(shí)刻的實(shí)際等效圓做平均處理得到平均等效圓。對(duì)所有時(shí)刻進(jìn)行相同處理后，所得到的平均等效圓圓心軌跡即可視為目標(biāo)體邊界的運(yùn)動(dòng)軌跡，將所有時(shí)刻成像點(diǎn)數(shù)經(jīng)過軌跡函數(shù)進(jìn)行整合統(tǒng)一，便能夠得到目標(biāo)體邊界形狀的信息，完成成像過程。收發(fā)分置天線在超寬帶雷達(dá)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。算法采用一發(fā)多收天線。收發(fā)分置天線具有回波信息豐富，抗干擾等特點(diǎn)。在保證正常構(gòu)造橢圓包絡(luò)線簇的同時(shí)，收發(fā)分置天線增加了每時(shí)刻成像點(diǎn)數(shù)的精確性與準(zhǔn)確度。同時(shí)，收發(fā)分置天線可拓展至大規(guī)模雷達(dá)陣列。因此，對(duì)于超寬帶穿墻雷達(dá)實(shí)際應(yīng)用具有極大的意義。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有的超寬帶穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像算法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)降低計(jì)算復(fù)雜度，更適用于實(shí)時(shí)成像。目前大部分的成像算法均要耗費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，特別是算法中包含能量疊加或是傅里葉變換的應(yīng)用，均需要較多計(jì)算時(shí)間。相對(duì)而言，本發(fā)明基于回波路徑與天線的幾何關(guān)系，構(gòu)造橢圓包絡(luò)線簇，大大降低了復(fù)雜度，提高算法實(shí)時(shí)性。
[0017](2)抗噪性強(qiáng)。目前許多針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊界還原的算法在數(shù)學(xué)原理上包含放大噪聲的因子，嚴(yán)重影響邊界成像的質(zhì)量，因此不利于在噪聲環(huán)境下進(jìn)行成像。本發(fā)明利用包絡(luò)線原理，根據(jù)橢圓包絡(luò)線與目標(biāo)邊界的相切關(guān)系進(jìn)行成像，避免了對(duì)噪聲進(jìn)行微分，大大的減少噪聲的影響，在噪聲環(huán)境下同樣能夠得到較清晰的目標(biāo)重建成像。
[0018]( 3 )成像精確度高。相對(duì)于已有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊界成像算法而言，本發(fā)明結(jié)合一發(fā)N收天線所構(gòu)成的橢圓包絡(luò)線簇，在每時(shí)刻成像點(diǎn)數(shù)與成像切合度上均得到了一定程度的優(yōu)化與改善，其成像結(jié)果更為精確和理想。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為橢圓包絡(luò)線算法原理圖。
[0020]圖2為單時(shí)刻橢圓包絡(luò)線算法運(yùn)動(dòng)目標(biāo)幾何關(guān)系圖。
[0021]圖3為相鄰時(shí)刻實(shí)際等效圓與平均等效圓關(guān)系圖。
[0022]圖4為橢圓包絡(luò)線算法水平直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像每時(shí)刻圖。
[0023]圖5為橢圓包絡(luò)線算法水平直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像總時(shí)刻圖。
[0024]圖6為橢圓包絡(luò)線算法非水平直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像每時(shí)刻圖。
[0025]圖7為橢圓包絡(luò)線算法非水平直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像總時(shí)刻圖。
[0026]圖8為橢圓包絡(luò)線算法隨機(jī)曲線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像每時(shí)刻圖。[0027]圖9為橢圓包絡(luò)線算法隨機(jī)曲線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體成像總時(shí)刻圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]一種超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，包括如下步驟:
[0029]第一步，以墻體水平直線為橫坐標(biāo)，根據(jù)逆合成孔徑雷達(dá)原理，將具有I個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線的收發(fā)分置天線固定，待掃描區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)完畢后，得到該掃描區(qū)域所有時(shí)刻電磁回波的準(zhǔn)波前函數(shù)。在本發(fā)明中，所述收發(fā)分置天線中接收天線的個(gè)數(shù)N的取值范圍介于2~6之間。在本實(shí)施中，所述收發(fā)分置天線為一發(fā)四收天線，即該收發(fā)分置天線包括有I個(gè)發(fā)射天線和4個(gè)接收天線。
[0030]第二步，取某時(shí)刻電磁回波作為研究對(duì)象，并將收發(fā)分置天線中的發(fā)射天線和其中一個(gè)接收天線的坐標(biāo)視為橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)，電磁回波路徑視為橢圓的長(zhǎng)軸，根據(jù)此關(guān)系構(gòu)造橢圓包絡(luò)線。其中一發(fā)N收的收發(fā)分置天線可構(gòu)造N條均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線，N條橢圓包絡(luò)線形成橢圓包絡(luò)線簇。在本實(shí)施例中，所述一發(fā)四收的收發(fā)分置天線，可構(gòu)造四個(gè)均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線。
[0031]根據(jù)橢圓包絡(luò)線算法的原理，取收發(fā)分置天線中的發(fā)射天線與某個(gè)接收天線作為研究對(duì)象，將兩者坐標(biāo)視為橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)坐標(biāo)F1 (Χτ，O)和F2 (Χκ，O)，同時(shí)以回波距離長(zhǎng)度Y=(Yi+Y2)2作為橢圓的半長(zhǎng)軸。根據(jù)上述條件可以將雷達(dá)回波路徑和天線坐標(biāo)建立幾何關(guān)
系，構(gòu)造出以
【權(quán)利要求】
1.超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，其特征是包括如下步驟: 第一步，以墻體水平直線為橫坐標(biāo)，根據(jù)逆合成孔徑雷達(dá)原理，將具有I個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線的收發(fā)分置天線固定，待掃描區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)完畢后，得到該掃描區(qū)域所有時(shí)刻電磁回波的準(zhǔn)波前函數(shù)； 第二步，取某時(shí)刻電磁回波作為研究對(duì)象，并將收發(fā)分置天線中的發(fā)射天線和其中一個(gè)接收天線的坐標(biāo)視為橢圓的2個(gè)焦點(diǎn)，電磁回波路徑視為橢圓的長(zhǎng)軸，根據(jù)此關(guān)系構(gòu)造橢圓包絡(luò)線；其中一發(fā)N收的收發(fā)分置天線可構(gòu)造N條均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線，N條橢圓包絡(luò)線形成橢圓包絡(luò)線簇； 第三步，選取距離橢圓包絡(luò)線簇最短的一點(diǎn)作為中心點(diǎn)，并在該中心點(diǎn)兩側(cè)的橢圓包絡(luò)線簇邊界上取一定數(shù)量的點(diǎn)作為成像點(diǎn)；其中，以最左的點(diǎn)、最右的點(diǎn)和中心點(diǎn)三點(diǎn)成圓構(gòu)造此時(shí)刻目標(biāo)邊界的實(shí)際等效圓； 第四步，將此時(shí)刻與上一時(shí)刻實(shí)際等效圓的半徑和圓心做平均處理，得到該兩相鄰時(shí)刻的平均等效圓，記錄平均等效圓的圓心坐標(biāo)； 第五步，選取下一時(shí)刻為研究對(duì)象，重復(fù)第二步到第四步，直至所有時(shí)刻均處理完畢；第六步，將得到的平均等效圓圓心坐標(biāo)軌跡視為目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)軌跡；根據(jù)此軌跡結(jié)合各個(gè)時(shí)刻中的成像點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行平移整合至第一個(gè)時(shí)刻上，即可完成對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體邊界的還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，其特征是，所述收發(fā)分置天線中接收天線的個(gè)數(shù)N的取值范圍介于2~6之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶穿墻雷達(dá)隱藏運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法，其特征是，所述收發(fā)分置天 線為一發(fā)四收天線，其可構(gòu)造四個(gè)均與目標(biāo)體的邊界相切的橢圓包絡(luò)線。
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK103605130SQ201310606333
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】歐陽繕, 李育暉, 謝躍雷, 晉良念, 劉慶華, 蔣俊正, 陳紫強(qiáng), 肖海林, 李民政, 謝武 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)