本發(fā)明屬于穿墻雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于穿墻雷達(dá)探測(cè)的墻后人體目標(biāo)的自適應(yīng)指示方法。

背景技術(shù)：
在穿墻雷達(dá)墻后人體目標(biāo)指示應(yīng)用中，回波信號(hào)包括人體目標(biāo)信號(hào)、雜波信號(hào)、噪聲信號(hào)。由于人體對(duì)電磁信號(hào)的反射率低，外加墻壁對(duì)人體目標(biāo)回波的雙程衰減，雷達(dá)接收到的人體目標(biāo)信號(hào)非常微弱，因而回波信號(hào)中的SCR(Signal-to-ClutterRatio，信雜比)極低。實(shí)現(xiàn)墻后人體目標(biāo)的指示，必須抑制強(qiáng)雜波的干擾。穿墻雷達(dá)在工作時(shí)，往往保持靜止不動(dòng)，其接收的雜波信號(hào)往往是非時(shí)變的。因此，可以沿著慢時(shí)間維進(jìn)行雜波抑制，實(shí)現(xiàn)人體目標(biāo)的指示。然而在實(shí)際應(yīng)用中，墻后的人體目標(biāo)往往是非合作目標(biāo)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)往往是時(shí)變且未知的。依據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)是否跨越雷達(dá)的距離分辨單元，人體目標(biāo)運(yùn)動(dòng)可分為大運(yùn)動(dòng)和小運(yùn)動(dòng)。大運(yùn)動(dòng)包括走動(dòng)、跑動(dòng)等，而小運(yùn)動(dòng)則指目標(biāo)位于原地的運(yùn)動(dòng)如靜止呼吸、原地體動(dòng)等。不同的運(yùn)動(dòng)類型對(duì)指示方法的要求是不同的。因此，如何適應(yīng)人體目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)類型，提高人體目標(biāo)指示性能，改善SCR，成為穿墻雷達(dá)墻后人體目標(biāo)指示的關(guān)鍵。在穿墻雷達(dá)中，常見的墻后人體目標(biāo)指示方法有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示法(MovingTargetIndication，MTI)和背景相消法。一、MTI方法MTI中的二脈沖對(duì)消器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需將當(dāng)前時(shí)刻脈沖回波數(shù)據(jù)減去前一個(gè)時(shí)刻的脈沖回波數(shù)據(jù)，不需乘法運(yùn)算，運(yùn)行效率高。通過級(jí)聯(lián)二脈沖對(duì)消器，可以擴(kuò)展到N脈沖對(duì)消器。如文獻(xiàn)：Richards,M.A.,Fundamentalsofradarsignalprocessing,McGraw-Hill,NewYork,2005。脈沖對(duì)消MTI方法的截止頻率高，往往會(huì)把變化頻率較低的小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和時(shí)不變的雜波信號(hào)一并濾除。二、背景相消方法。背景相消方法選取一定數(shù)量的歷史脈沖數(shù)據(jù)估計(jì)背景，然后與當(dāng)前時(shí)刻回波脈沖數(shù)據(jù)相減，完成雜波信號(hào)的抑制。如文獻(xiàn)：Zetik,R.,S.Crabbeb,J.Krajnakc,P.Peyerld,J.Sachsa,andR.DetectionandlocalizationofpersonsbehindobstaclesusingM-sequencethrough-the-wallradar,ProceedingsofSPIEonConferenceonSensors,andCommand,Control,Communications,andIntelligence(C31)TechnologiesforHomelandSecurityandHomelandDefenseV,2006。根據(jù)背景估計(jì)方法的不同，背景相消法可分為：積累平均背景相消(AccumulatedAverageBackgroundSubtraction，AABS)、滑動(dòng)平均背景相消(MABS)和指數(shù)加權(quán)背景相消(ExponentialAverageBackgroundSubtraction，EABS)。AABS方法將全部歷史回波信號(hào)加以平均，估計(jì)背景；MABS方法則選取滑動(dòng)窗內(nèi)回波信號(hào)的均值作為背景；EABS背景相消方法兼容了前兩種方法之所長(zhǎng)，對(duì)于歷史回波信號(hào)賦予逐漸收斂為零的權(quán)值，估計(jì)背景，如文獻(xiàn)：陳潔，超寬帶雷達(dá)信號(hào)處理及成像方法研究，博士學(xué)位論文，中國(guó)科學(xué)院研究生院(電子學(xué)研究所)，2007。AABS積累了全部的歷史脈沖回波數(shù)據(jù)，可以在去除雜波信號(hào)的同時(shí)，很好地保留小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；但在指示大運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拖尾效應(yīng)。MABS和EABS雖然對(duì)于大運(yùn)動(dòng)和小運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)有良好的指示性能，但MABS的滑動(dòng)窗的寬度和EABS的權(quán)值，均需要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)事先選取，不能根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自適應(yīng)地調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)傳統(tǒng)的墻后人體目標(biāo)指示方法存在的不足，本發(fā)明提供一種墻后人體目標(biāo)自適應(yīng)指示的有效方法，改善了SCR，提高穿墻雷達(dá)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)類型人體目標(biāo)的適應(yīng)性。本發(fā)明的一種穿墻雷達(dá)墻后人體目標(biāo)的自適應(yīng)指示方法，其特征在于，對(duì)于利用穿墻雷達(dá)進(jìn)行穿墻探測(cè)時(shí)獲得的p時(shí)刻回波信號(hào)，逐次對(duì)每個(gè)回波距離單元做如下操作：沿梯度下降方向搜索使雜波抑制結(jié)果中SCR達(dá)到最大的歷史脈沖數(shù)量Lopt，然后用這Lopt個(gè)歷史脈沖數(shù)據(jù)估計(jì)背景數(shù)據(jù)，與p時(shí)刻回波信號(hào)的當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)相減，即完成p時(shí)刻回波信號(hào)中的墻后人體目標(biāo)指示。具體的，所述搜索使雜波抑制結(jié)果中SCR達(dá)到最大的歷史脈沖的數(shù)量Lopt包括如下步驟：(1)對(duì)p時(shí)刻回波信號(hào)的第n個(gè)距離單元x(n)，定義代價(jià)函數(shù)其中XL(n)(n)表示用于估計(jì)背景的歷史脈沖數(shù)據(jù)組成的矩陣，WL(n)(n)表示矩陣賦予的權(quán)值，L(n)表示該矩陣包含的歷史脈沖數(shù)量，定義為抽頭長(zhǎng)度，Lopt應(yīng)當(dāng)使代價(jià)函數(shù)達(dá)到最大；(2)假定XL(n)(n)和WL(n)(n)分別為XL(n)+Δ(n)和WL(n)+Δ(n)的前L(n)量，其中Δ表示一個(gè)整數(shù)常量，在每次迭代搜索中，L(n)沿著JL(n)(n)的平滑梯度方向調(diào)整，則第m次迭代搜索可表示為其中δ<Δ表示一個(gè)整數(shù)常數(shù)，sign(·)表示符號(hào)函數(shù)，表示代價(jià)函數(shù)的平滑梯度，即其中T表示平滑因子，W2Δ(n)和X2Δ(n)分別表示XL(n)+Δ(n)和WL(n)+Δ(n)的最后2Δ量；(3)為提高收斂的效率，將新的迭代長(zhǎng)度限制在如下范圍Lm+1(n)＝max{min{Lm+1(n),Lmax},Lini}(4)其中Lmax表示抽頭長(zhǎng)度的上限，Lini＝δ+Δ表示搜索迭代的初始值，當(dāng)抽頭長(zhǎng)度達(dá)到Lmax時(shí)，搜索迭代即終止。具體的按照公式(5)估計(jì)所述背景數(shù)據(jù)其中具體的，Lmax等于雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率除于人體目標(biāo)呼吸心跳的最大頻率。。本發(fā)明的有益效果是：通過對(duì)回波信號(hào)每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的背景，選取最優(yōu)長(zhǎng)度的歷史脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，使每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)雜波抑制后SCR達(dá)到最大，成功地解決了常規(guī)墻后人體目標(biāo)指示方法不能適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)類型目標(biāo)的問題，提高了穿墻雷達(dá)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)類型人體目標(biāo)的適應(yīng)性；本發(fā)明方法計(jì)算量低，執(zhí)行效率高，適用于穿墻雷達(dá)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)類型人體目標(biāo)的探測(cè)，可有效提高穿墻雷達(dá)的工作效率。附圖說明圖1是目標(biāo)沿著垂直墻壁方向往返走動(dòng)的雷達(dá)距離歷史圖像：(a)是雜波抑制前原始圖像；(b)是本發(fā)明方法處理結(jié)果；圖2是目標(biāo)離墻1.5米靜止站立的雷達(dá)距離歷史圖像：(a)是雜波抑制前原始圖像；(b)是本發(fā)明方法處理結(jié)果；圖3是目標(biāo)離墻1.5米原地踏步走的雷達(dá)距離歷史圖像：(a)是雜波抑制前原始圖像；(b)是本發(fā)明方法處理結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的解釋。本發(fā)明中穿墻雷達(dá)保持靜止不動(dòng)，則可以應(yīng)用本發(fā)明所闡述的自適應(yīng)指示法對(duì)墻后人體目標(biāo)進(jìn)行指示。本發(fā)明提出的墻后人體目標(biāo)的自適應(yīng)指示方法通過實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本發(fā)明的有效性。該雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。表1雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值天線螺旋天線收發(fā)配置單站收發(fā)分置，單發(fā)單收發(fā)射信號(hào)單周波中心頻率(MHz)750信號(hào)帶寬(MHz)750脈沖重復(fù)頻率(Hz)20采樣頻率(MHz)4000雷達(dá)平臺(tái)高度(m)1.5第一步，選取厚度為30厘米的磚墻，在墻壁一側(cè)一個(gè)身高1.75米的人體目標(biāo)，分別做徑向行走、靜止站立和原地踏步三種動(dòng)作。穿墻雷達(dá)貼墻放置在墻壁另外一側(cè)。第二步，墻后人體目標(biāo)指示。(a)根據(jù)雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率f＝20Hz，正常狀態(tài)下人體目標(biāo)呼吸心跳的最大頻率fb＝1Hz，按公式Lmax＝f/fb，確定抽頭長(zhǎng)度搜索上限為L(zhǎng)max＝20。選定δ＝1，Δ＝2以及T＝3，則抽頭長(zhǎng)度搜索迭代的初始值為L(zhǎng)ini＝3；(b)對(duì)接收到的p時(shí)刻回波信號(hào)的第n個(gè)距離單元x(n)，按照公式搜索其背景估計(jì)所需歷史脈沖數(shù)量的最優(yōu)值Lopt(n)；(c)按照公式估計(jì)背景數(shù)據(jù)，其中(a)將估計(jì)得到的背景數(shù)據(jù)b(n)和x(n)相減，完成該距離單元的目標(biāo)指示；(b)按照步驟(b)、(c)和(d)，逐次對(duì)p時(shí)刻回波信號(hào)的每個(gè)距離單元進(jìn)行操作，完成p時(shí)刻回波信號(hào)的目標(biāo)指示。圖1、圖2和圖3分別給出了雷達(dá)采用本發(fā)明提出方法對(duì)墻后三種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下人體目標(biāo)的指示結(jié)果。三幅圖中人體目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)依次為：沿著垂直墻壁的方向往返走動(dòng)、離墻1.5米靜止站立以及離墻1.5米原地踏步走?？梢钥闯?，雜波抑制前的原始雷達(dá)距離歷史圖像中，目標(biāo)淹沒在雜波中；采用本發(fā)明提出方法處理后，雷達(dá)回波中的雜波得到了很好的抑制，能夠清晰的分辨出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，區(qū)分出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提出的穿墻雷達(dá)墻后人體目標(biāo)的自適應(yīng)指示方法，可有效抑制強(qiáng)雜波的影響，對(duì)墻后人體目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有很好的適應(yīng)性，成功解決了常規(guī)雜波抑制方法對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)適應(yīng)能力差的問題。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。