[发明专利]一种穿墙雷达多目标图像域稳健跟踪方法

说明书

本发明公开了一种穿墙雷达多目标图像域稳健跟踪方法，涉及穿墙雷达技术，特别涉及穿墙雷达的多目标检测跟踪技术。本发明提供适用于穿墙雷达成像后的多目标的图像域跟踪算法。在一定允许误差内快速成像，得到较高质量成像结果；基于PCF加权处理的图像增强算法能有效地抑制栅瓣的影响，增强目标；基于双轴投影的目标模板创建算法能有效地提取目标的特征信息，为跟踪做准备；基于均值漂移和卡尔曼滤波的图像域跟踪算法能有效地应对目标图像扩展和形变的问题，也能轻松应对目标遮挡问题，跟踪精度高。因此，本发明具有实时性好，跟踪精度高的优势，可以直接应用到穿墙雷达装备中。

技术领域

本发明涉及穿墙雷达技术，特别涉及穿墙雷达的多目标检测跟踪技术。

背景技术

穿墙雷达是利用发射特定频段的电磁波穿透建筑物，接收建筑物后人体等目标的散射回波数据实现对隐蔽目标成像检测跟踪的特种装备，近年来已经在反恐、巷战、灾难救援等军事及民用方面得到越来越广泛的应用。由于建筑墙体会改变雷达所发射电磁波的传播路径及速度，其引起的回波时延误差会造成成像后目标图像散焦、位置偏移和多径幻象等现象。上述目标图像在后续的检测跟踪算法中会进一步影响目标提取以及目标数据关联。此外，墙体后运动目标的高机动性会导致跟踪性能下降。因此，实际应用中，从目标图像中准确提取目标位置信息、提高目标数据关联正确率、跟踪算法适配高机动目标是穿墙雷达成像后跟踪中的关键问题。

对于穿墙雷达隐蔽目标检测跟踪的研究，国内外研究机构已提出诸多解决方法。例如，通过最小均方误差和低复杂度非线性两步跟踪滤波器来得到更加平滑的航迹；利用alpha-beta滤波及卡尔曼滤波来对直线运动目标进行跟踪。但是这些方法目标运动模型都较为简单，没有考虑目标的高机动性问题。另外，检测定位算法获取目标位置一般采用椭圆交叉定位方法，这种方法下目标位置精度很大程度上依赖于天线的数量及其摆放位置。文献“A new measurement method for through-the-wall detection and tracking ofmoving targets.Measurement,vol.46,pp.1834-1848,2013.”中用到了成像后跟踪的思想，但是成像算法运算复杂度较高，跟踪算法较为简单，不适合实际应用。从公开发表的文献资料来看，目前还没有快速实时地实现成像后对墙体后多个高机动目标进行跟踪的方法。因此，研究一种可实时的多目标图像域跟踪算法在穿墙雷达目标检测跟踪中具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种切实可行的，实时性好的，适用于穿墙雷达的多目标图像域跟踪方法。

本发明所采用的技术方案是，本发明基于多发多八收阵列配置的穿墙雷达，使用一种穿墙雷达多目标图像域稳健跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1：快速成像步骤；

利用M个发射天线和N个接收天线配置的阵列对一层墙体后运动目标进行探测，天线阵列平行于墙体放置，与前墙表面的距离为d₃，根据探测场景的墙体厚度d_w以及介电常数ε，对需要探测的区域运用后向投影方法获得补偿墙体传播延迟下的图像I_BP(x)；

步骤2：图像增强步骤

根据像素点处各通道的相位差异计算相位相干因子(phase coherence factor,PCF)，对步骤1得到的图像I_BP(x)进行PCF加权，经过PCF加权后的序列图像表示为{I_k(x)},k＝1,2,...,N_f，N_f为序列图像总数；

步骤3：目标模板创建步骤

步骤3-1：利用膨胀操作确定第k帧图像I_k(x)的局部极大值，仅保留幅值较大的和高于噪声门限的极大值点；