[发明专利]基于图像域滤波的稀疏阵列建筑布局成像方法

说明书

技术领域

本发明属于穿墙雷达成像技术领域，涉及穿墙雷达系统的建筑布局成像技术。

背景技术

穿墙雷达是在反恐、侦查、救援和巷战等应用领域通过发射电磁波，接收墙体回波信号和建筑物内目标的散射回波信号实现对建筑布局成像和建筑物内隐蔽目标探测的特种装备。建筑布局成像对掌握建筑物内部态势、精确打击恐怖犯罪分子、保障人质等生命财产安全具有重要意义，它是穿墙探测的主要研究领域之一。

建筑布局成像技术主要采用合成孔径方式和后向投影BP算法。目前，国内外对建筑布局进行成像时，根据BP算法理论，为避免等效阵列天线栅瓣影响，采用等效线性接收天线阵列中阵元间距小于载波的半波长的合成孔径阵列。如：美国陆军研究实验室C.Le等人对两层建筑物成像时，宽波束的线性阵列雷达的阵元间距仅为5cm。然而，在穿墙探测领域，上述条件会带来两个主要问题。第一，合成大孔径阵列时阵元过于密集。这是由于穿墙雷达工作频段一般为0.5GHz-3GHz，载波波长为厘米量级，密集的合成孔径阵元导致实现困难，合成孔径时间长，不利用于实时成像；第二，数据量大，不利于后续算法处理，成像速度慢。

为了降低上述密集阵元问题，一般采用稀疏布阵的方式。稀疏布阵方式在MIMO雷达成像领域里面得到了广泛的应用，如：顾福飞等人提出了一种压缩感知的稀疏阵列MIMO雷达成像方法；在穿墙领域，稀疏布阵也被用于动目标检测，如：电子科技大学袁翔等人提出了一种基于稀疏布阵的动目标定位的方法，利用稀疏阵列从建筑物的多个视角接收回波，通过对多通道回波数据进行互相关处理提高信噪比，利用双曲交叉定位方法实现了动目标定位。

实际运用中，稀疏布阵虽然在保证图像分辨率的前提下大大降低了空间采样率与后向投影成像算法的运算量，但同时也引入了栅瓣，抬高了成像后图像的杂波和噪声水平，降低了图像质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供能够抑制栅瓣的基于图像域滤波的稀疏阵列建筑布局成像方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于图像域滤波的稀疏阵列建筑布局成像方法，包括以下步骤：

步骤1)使用合成孔径方式和后向投影BP算法得到垂直、水平两个视角分别对应的建筑 布局成像的原始图像平面I₁(X,Y)、I₂(X,Y)；

步骤2)对原始图像平面I₁(X,Y)、I₁(X,Y)分别沿其方位向进行傅里叶变换，得到频域平面I₁(X,F)、I₂(F,Y)；

步骤3)使用低通空域滤波器对频域平面I₁(X,F)、I₂(F,Y)进行滤波处理得到I₁(X,F′)、I₂(F′,Y)；

步骤4)对经滤波处理后的频域平面I₁(X,F′)、I₂(F′,Y)沿方位向进行逆傅里叶变换得到滤波后的图像I₁′(X,Y)、I₂′(X,Y)；

步骤5)把两个视角滤波后的图像I₁′(X,Y)和I₂′(X,Y)进行相加融合处理得到整体建筑布局图像I′(X,Y)。

本发明提出了基于图像域滤波的栅瓣抑制方法，该方法根据墙体图像区域和栅瓣造成干扰的图像区域相位变化的差异，即墙体图像区域的频谱低频特性和栅瓣干扰区域的频谱高频特性，通过频域空间上的一维低通滤波处理。

本发明的有益效果是，实现了栅瓣的有效抑制，提高了图像质量。

附图说明

图1为本发明穿墙雷达建筑布局图像优化流程图。

图2为实施例步进频穿墙雷达探测场景示意图。

图3为BP成像后视角1和视角2原始图像。

图4为视角1和视角2的频域图像。

图5为视角1和视角2滤波后的图像。

图6从左到右分别为滤波后两视角融合后的建筑物布局图像和未滤波两视角融合后的建筑物布局图像。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：