[发明专利]超宽带穿墙雷达隐藏运动目标检测与成像方法

说明书

技术领域

本发明属于超宽带穿墙雷达运动目标检测领域，具体涉及一种超宽带穿墙雷达隐藏运动目标检测与成像方法。

背景技术

超宽带穿墙雷达的高分辨率、抗干扰性强等优点使其在医疗、救援、反恐以及监视等领域具有重要的应用前景，在穿墙成像的实现中对于墙体后运动目标的检测与识别更是成为了近几年国内外研究的重点与难点。与静止目标不同，超宽带穿墙雷达的运动目标成像过程需要将每个时刻成像点通过目标的运动轨迹整合统一，才能实现对目标的位置甚至形状的还原。在目标运动的过程中，由于天线位置固定，对于目标体做的水平直线、非水平直线以及随机曲线运动轨迹而言，每个时刻的成像过程相互独立。传统的超宽带穿墙雷达运动目标成像多采用后向投影法，该算法计算量过大，不利于实时成像，且不能对目标边界形状进行还原。现有的超宽带雷达运动目标边界还原算法通过天线与目标体的几何关系，找出每相邻时刻间成像点之间的关系，进行成像。虽然此类算法能够实现运动目标体水平直线、非水平直线以及随机曲线运动轨迹的成像，重建目标边界情况。然而，在噪声环境下成像效果不佳，成像点数受到天线制约，边界还原的精确度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超宽带穿墙雷达隐藏运动目标检测与成像方法，该方法具有成像精确度高、抗噪性强和复杂度低的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超宽带穿墙雷达隐藏运动目标检测与成像方法，包括如下步骤：

第一步，以墙体水平直线为横坐标，根据逆合成孔径雷达原理，将具有1个发射天线和N个接收天线的收发分置天线固定，待扫描区域内的目标体运动完毕后，得到该扫描区域所有时刻电磁回波的准波前函数；

第二步，取某时刻电磁回波作为研究对象，并将收发分置天线中的发射天线和其中一个接收天线的坐标视为椭圆的2个焦点，电磁回波路径视为椭圆的长轴，根据此关系构造椭圆包络线；其中一发N收的收发分置天线可构造N条均与目标体的边界相切的椭圆包络线，N条椭圆包络线形成椭圆包络线簇；

第三步，选取距离椭圆包络线簇最短的一点作为中心点，并在该中心点两侧的椭圆包络线簇边界上取一定数量的点作为成像点；其中，以最左的点、最右的点和中心点三点成圆构造此时刻目标边界的实际等效圆；

第四步，将此时刻与上一时刻实际等效圆的半径和圆心做平均处理，得到该两相邻时刻的平均等效圆，记录平均等效圆的圆心坐标；

第五步，选取下一时刻为研究对象，重复第二步到第四步，直至所有时刻均处理完毕；

第六步，将得到的平均等效圆圆心坐标轨迹视为目标体运动轨迹；根据此轨迹结合各个时刻中的成像点，对其进行平移整合至第一个时刻上，即可完成对运动目标体边界的还原。

上述方案中，所述收发分置天线中接收天线的个数N的取值范围介于2～6之间。

上述方案中，所述收发分置天线为一发四收天线，其可构造四个均与目标体的边界相切的椭圆包络线。

本发明采用了椭圆包络线运动目标边界成像算法来实现超宽带穿墙雷达隐藏运动目标检测与成像，该算法通过一发多收天线间与目标体在每个时刻的几何关系，构造与目标体边界相切的椭圆包络线簇，算法从原理上最大程度的减少噪声对算法的影响。通过选取椭圆包络线簇上的三点来构造此时刻目标边界的实际等效圆，将相邻时刻的实际等效圆做平均处理得到平均等效圆。对所有时刻进行相同处理后，所得到的平均等效圆圆心轨迹即可视为目标体边界的运动轨迹，将所有时刻成像点数经过轨迹函数进行整合统一，便能够得到目标体边界形状的信息，完成成像过程。收发分置天线在超宽带雷达中具有很强的实用性。算法采用一发多收天线。收发分置天线具有回波信息丰富，抗干扰等特点。在保证正常构造椭圆包络线簇的同时，收发分置天线增加了每时刻成像点数的精确性与准确度。同时，收发分置天线可拓展至大规模雷达阵列。因此，对于超宽带穿墙雷达实际应用具有极大的意义。

本发明与现有的超宽带穿墙雷达运动目标成像算法相比，具有以下优点：

（1）降低计算复杂度，更适用于实时成像。目前大部分的成像算法均要耗费较多的计算时间，特别是算法中包含能量叠加或是傅里叶变换的应用，均需要较多计算时间。相对而言，本发明基于回波路径与天线的几何关系，构造椭圆包络线簇，大大降低了复杂度，提高算法实时性。