[发明专利]一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法

说明书

本发明提供一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取的方法，包括目标运动I，Q回波信号的采集，数据分段，正交化处理，复数化处理，FFT变换，设置阈值去除噪底，通过估算目标频带范围去除带外噪声，并求取频谱质心，得到质心后与原复数化信号进行混频，即可去除目标平动产生的多普勒量的干扰，得到目标微动的特征。本发明计算简便，可操作性强，精度高，实时性高，有效克服了现有算法实时性低，装置复杂，先验信息要求高的不足。

技术领域

本发明属于相干激光雷达测速领域，主要涉及目标多普勒和微多普勒分量分离的方法。

背景技术

激光雷达广泛应用于探测领域，目标运动状态细节的检测成为一个热门的研究方向，由目标微动引入的微多普勒特征成为目标识别的依据。V.C.Chen于2000年在Proceedingof SPIE上提出微波雷达中的微动和微多普勒现象可通过高分辨时频分析技术从雷达中获得，并建立了振动、转动、翻滚、进动的微动数学模型。微动是指目标或其部分组件除质心平动以外发生的小幅运动，如振动、进动、旋转等。当目标发生微动时，回波信号中会产生除平动带来的多普勒频移外的附加频移，导致多普勒谱展宽，这被称为“微多普勒效应”(Micro-Doppler effect)。雷达目标的微多普勒特征反映了目标物理特性对激光的调制作用。不同结构的目标有其独有的微动特征，导致雷达回波中的微多普勒特征也不同。通过提取目标的微多普勒特征可以获得不同目标各自独特的运动细节信息，从而反演出目标的运动参数，为雷达目标的探测和识别提供了新的解决方案。目前国内外研究者针对目标主体与微动部件的分离主要集中在自适应Chirplet分解、小波分解、Hough变换等方法。然而目标微多普勒分量提取存在以下急需解决的问题：首先，弱微动目标多分量信号提取不纯净，其次，算法计算量大。至今，已有大量文献报道了如何从运动中消除多普勒分量的方法。

经对现有文献检索发现，2008年，ChangzhiLi等人在IEEE(Transactions onMicrowave TheoryTechniques)上提出利用双雷达传感器阵列来消除随机的身体运动，从而提取呼吸和心跳等生命体征信号。由身体运动引入的光束路径长度变化对回波信号产生相位调制，会淹没待检测信号，从而大大降低探测精度。双雷达传感器阵列从人体的前后向同时接收信号，由人体心跳、呼吸引起的胸腔位移是同向的，随机身体运动引起的位移非同向，利用这一性质的差异可补偿人体随机运动，从而得到呼吸、心跳等微动信号。

又经检索发现，2009年，Rich Fletcher和Jing Han提出利用具有适当波束宽度的双雷达天线差分检测物体相邻位置的回波，从而消除物体随机运动产生的影响。2013年，ChangzhanGu等人利用相机辅助雷达传感器系统探测生命体征信号。相机追踪身体特征点的像素差可得到随机的身体运动规律，将其转换到相位信息后对回波信号的相位进行补偿。现有提取目标微多普勒分量的技术存在装置复杂，算法受信噪比影响大，实时性差，对待检测目标先验运动信息要求高等问题，在实际应用中有一定局限性。

发明内容

本发明针对现有激光雷达消除多普勒分量，提取微多普勒分量的装置及算法复杂的情况，提出计算频谱质心的方法，在干涉信号中混频相移，从而消除多普勒分量，进而恢复出目标微动特征。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特点在于，包括以下步骤：

步骤1)利用激光雷达采集目标运动回波信号；

步骤2)对运动回波信号进行双平衡式外差探测，得到相位相差90°的信号I的光电场E_I和信号Q的光电场E_Q，公式如下；