一種基于目標(biāo)軌跡提取的穿墻雷達(dá)的成像預(yù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于穿墻雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及穿墻雷達(dá)成像技術(shù)中的環(huán)境干擾抑制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]穿墻雷達(dá)技術(shù)，主要是利用雷達(dá)電磁波的穿透性對封閉墻體空間內(nèi)的隱蔽目標(biāo)進(jìn)行探測的技術(shù)，其在巷戰(zhàn)、反恐、救災(zāi)等軍用及民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而，由于墻體環(huán)境的存在，會對最終的雷達(dá)成像效果造成一定的影響，這種影響主要包含兩個方面，第一，由于實(shí)際墻體本身內(nèi)部存在分層明顯以及材料分布不均勻的特點(diǎn)，這就使得電磁波在穿過墻體后出現(xiàn)了折射和散射的情況，最終反映在雷達(dá)圖像上便會出現(xiàn)目標(biāo)的擴(kuò)展或散焦的現(xiàn)象；第二，由于整個封閉空間的存在，使得電磁波極易在目標(biāo)和墻體間發(fā)生反射，形成明顯的多徑雜波，這些雜波所產(chǎn)生的虛假目標(biāo)會嚴(yán)重干擾雷達(dá)系統(tǒng)對待檢目標(biāo)的后續(xù)處理。因此，穿墻雷達(dá)中對墻體環(huán)境干擾的抑制工作，能夠針對性地解決封閉空間場景的干擾問題，提高穿墻雷達(dá)的探測性能，是穿墻雷達(dá)技術(shù)的一個重要研究方向。
[0003]針對墻體環(huán)境帶來的目標(biāo)擴(kuò)展和多徑雜波這兩個問題，目前主要通過建立墻體模型和多徑模型進(jìn)行補(bǔ)償抑制。在抑制目標(biāo)擴(kuò)展方面，我國的國防科技大學(xué)就采用了對墻體參數(shù)的估計(jì)，然后根據(jù)估計(jì)所得墻體參數(shù)來修正電磁波的折射模型，進(jìn)而對雷達(dá)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行擴(kuò)展抑制和重新定位，在其特定的墻體環(huán)境中取得了較好的成像效果，然而，墻體參數(shù)的估計(jì)較為復(fù)雜且精度難以保證，在實(shí)際的目標(biāo)探測中很難對墻體的參數(shù)進(jìn)行有效估計(jì)；在抑制多徑雜波方面，美國維拉諾瓦大學(xué)結(jié)合多徑雜波的特性，采用了多視角融合的方法來抑制多徑效應(yīng)引起的假目標(biāo)干擾，通過不同視角多徑雜波位置不同的原理實(shí)現(xiàn)多徑雜波的盲處理，但是多視角數(shù)據(jù)獲取復(fù)雜，并且實(shí)際融合過程中極易引入誤差，對圖像中實(shí)際的目標(biāo)存在一定的影響。綜上所述，基于模型化的墻體環(huán)境干擾抑制方法具有局限性，在實(shí)際處理中受環(huán)境因素的影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于目標(biāo)軌跡提取的穿墻雷達(dá)的成像預(yù)處理方法。在目標(biāo)回波的距離像數(shù)據(jù)中判定墻體位置，劃分探測區(qū)域，然后在各區(qū)域中提取目標(biāo)軌跡，在保留目標(biāo)數(shù)據(jù)的同時限定軌跡寬度，實(shí)現(xiàn)對多徑雜波和目標(biāo)擴(kuò)展的共同抑制，最終提升目標(biāo)在雷達(dá)圖像中的顯示效果。
[0005]本發(fā)明你的技術(shù)方案為一種基于目標(biāo)軌跡提取的穿墻雷達(dá)的成像預(yù)處理方法，首先在目標(biāo)回波的對消前距離像基礎(chǔ)上確定墻體位置，利用墻體位置劃分檢測區(qū)域；其次，將連續(xù)兩個周期的距離像做對消處理，凸顯目標(biāo)信息；然后，在對消后距離像的已劃分檢測區(qū)域中，逐周期進(jìn)行自適應(yīng)閾值處理，區(qū)分目標(biāo)與背景進(jìn)而找到目標(biāo)所在位置并限定目標(biāo)軌跡寬度；最后，將目標(biāo)軌跡所覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，由此使得所成雷達(dá)圖像中僅含有目標(biāo)信息。因此本發(fā)明一種基于目標(biāo)軌跡提取的穿墻雷達(dá)的成像預(yù)處理方法，該方法包括:
[0006]步驟1:確定場景中墻體位置；
[0007]對目標(biāo)回波的原始距離像數(shù)據(jù)進(jìn)行多個周期的疊加，找到疊加后距離像數(shù)據(jù)的最大值部分，該部分定義為Wall1;再將Wall 其附近位置的距離像數(shù)據(jù)置0，并再次找到最大值部分，定義為Wall2，記錄WallJP Wall 2的位置，將Wall:至Wall 2之間的區(qū)域定義為Zone1，將Wall2至最遠(yuǎn)探測距離之間的區(qū)域定義為Zone 2；
[0008]步驟2:對第i個周期的目標(biāo)回波原始距離像數(shù)據(jù)和第i+Ι個周期的目標(biāo)回波原始距離像數(shù)據(jù)做對消處理；
[0009]步驟3:在第i個周期的對消后距離像數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)所在區(qū)域，具體包括以下步驟:
[0010]步驟3.1:分別在第i個周期的對消后距離像數(shù)據(jù)的兩個區(qū)域ZoneJP Zone2中，利用數(shù)據(jù)的最大類間方差法求得對應(yīng)的各自區(qū)域的自適應(yīng)閾值Threshold1 (i)和Threshold2 ⑴；
[0011]步驟3.2:利用Threshold1 (i)和Threshold2⑴分別對對消后距離像數(shù)據(jù)中ZonejP Zone 2的數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化處理，得到兩個區(qū)域的二值化數(shù)據(jù)Binary_Zone j (i)和Binary_Zone2 (i)；
[0012]步驟3.3:分別找出 Binary-Zone1Q)和 Binary_Zone2(i)中數(shù)據(jù) 〃1〃 所在位置，即為目標(biāo)的距離像數(shù)據(jù)；
[0013]步驟4:將提取了目標(biāo)軌跡的目標(biāo)距離像數(shù)據(jù)進(jìn)行BP成像，獲得經(jīng)目標(biāo)提取和環(huán)境干擾抑制處理的第i幀雷達(dá)圖像。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟3.3中首先找出找出Binary-Zone1 (i)和Binary_Zone2 (i)中最靠近雷達(dá)陣列方向的首個數(shù)據(jù)〃1〃所在位置，并分別記為GoalJP Goal 2;再根據(jù)實(shí)際情況限定目標(biāo)軌跡寬度；將Goal# Goal 2遠(yuǎn)離雷達(dá)陣列方向上目標(biāo)軌跡寬度內(nèi)的數(shù)據(jù)“I”視為目標(biāo)的距離像數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明不依賴某一具體模型，在目標(biāo)回波的距離像數(shù)據(jù)中，首先確定探測場景中的墻體位置，并據(jù)此劃分場景，這樣對各場景分別處理，可以保證處理結(jié)果的場景適應(yīng)性。在目標(biāo)軌跡提取的處理過程中，首先采用經(jīng)典自適應(yīng)閾值計(jì)算方法，有效分離目標(biāo)與背景，剔除距離像數(shù)據(jù)中的環(huán)境雜波和多徑雜波，然后，通過人為限定目標(biāo)軌跡寬度，又實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)擴(kuò)展的抑制。在將處理后的距離像數(shù)據(jù)進(jìn)行成像之后，雷達(dá)圖像中出現(xiàn)的上述環(huán)境干擾均得到有效抑制。因此，本發(fā)明具有適應(yīng)性強(qiáng)以及干擾抑制效果顯著的優(yōu)勢，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明算法的流程圖；
[0018]圖2為實(shí)際待測場景示意圖；
[0019]圖3為墻體定位及區(qū)域劃分示意圖；
[0020]圖4為距離像目標(biāo)軌跡提取示意圖；
[0021]圖5為軌跡提取后成像中目標(biāo)顯示效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]步驟1:確定場景中墻體位置；
[0023]對目標(biāo)回波的原始距離像數(shù)據(jù)進(jìn)行η個周期的疊加，得到疊加后的距離像數(shù)據(jù)向量A (M)，其中M是距離單元總數(shù)。找到A (M)中的最大值max (A (M))，記錄此時的M = Wall1并將Wall1作為第一層墻體所在位置。然后對以Wall 中心共N個距離單元的區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)置零，得到新的距離像數(shù)據(jù)向量A' (M)，其中M是距離單元總數(shù)。找到A' (M)中的最大值max (Ar (M))，記錄此時的M = WalI2并將Wall 2作為第二層墻體所在位置。在得到Wal 1挪Wal 12之后，將Wal I ^ Wal 12之間的區(qū)域定義為Zone !，將Wal I2至最遠(yuǎn)探測距離之間的區(qū)域定義為Zone2。
[0024]步驟2:距離像連續(xù)兩周期對消
[0025]對第i個周期的目標(biāo)回波原始距離像數(shù)據(jù)Rang印r0file(i)和第i+Ι個周期的目標(biāo)回波原始距離像數(shù)據(jù)Rangeprofile (i+Ι)做對消處理，即令MTI_Rangeprof ile (i) = Rangeprofile (i+1) -Rangeprofile (i)，其中 MTI_Rangeprofile (i)為對消后的距離像數(shù)據(jù)，是一個IXM的行向量，M是距離單元總數(shù)。
[0026]步驟3:距離像中的目標(biāo)軌跡提取
[0027]在第i個周期的對消后距離像數(shù)據(jù)MTI_Rang印r0file(i)中提取目標(biāo)所在區(qū)域，具體包括以下步驟:
[0028]步驟3-1:分別在第i個周期的對消后距離像數(shù)據(jù)MTI_Rangeprofile (i)的兩個區(qū)域Zone# Zone#，利用數(shù)據(jù)的最大類間方差法(Otsu法)求得對應(yīng)的兩個自適應(yīng)閾