一种用于穿墙雷达多目标检测的方法
【专利摘要】本发明基于一个目标所对应的多径回波距离一定大于目标本身回波距离这一原则,提供一种适用于封闭空间多目标检测的多径幻象抑制方法，首先通过门限检测将原始图像二值化，基于4-连通法标记二值化图像得到一组连通域，将所有连通域按照其坐标均值到雷达中心点的距离由小到大依升序排序组成连通域序列；然后按照其坐标均值到雷达中心点的距离由小到大依升序依次分别分析判断每个连通域是目标还是多径幻象区域，最后保留判断为目标的连通域，并把判断为多径幻象区域的连通域置零，从而实现抑制多径幻象的同时又能保证处于多径幻象区域的目标图像不会丢失。
【专利说明】一种用于穿墙雷达多目标检测的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及穿墙雷达成像【技术领域】，特别是涉及穿墙雷达多目标检测中对多径幻 象干扰的抑制方法。
【背景技术】
[0002] 穿墙雷达成像技术主要是利用电磁波穿透建筑墙体等障碍物，对建筑内隐蔽目标 和建筑物布局成像，实现建筑物内隐蔽目标的检测、定位和识别等，在反恐、执法、救援等领 域具有重大应用价值和社会效益。封闭建筑环境下多重墙体对电磁波多次反射会带来严重 的多径干扰，会产生大量多径幻象，影响透视成像的质量。因此，封闭空间多径干扰抑制是 实现高质量隐蔽目标成像探测的核心技术之一。
[0003] 国内外许多科研院所开展了封闭空间多径干扰抑制方法的研究。美国维拉诺瓦 大学提出了两种多径幻象干扰抑制方法：第一种（Setlur P, Amin M, Ahmad F. Multipath model and exploitation in through-the-wal1 and urban radar sensing[J]. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on,2011,49 (10):4021-4034.)是 基于墙体镜面反射原理，计算多径幻象干扰出现的图像区域，将该区域像素搬移并叠加到 目标图像区域，实现对多径幻象的抑制；第二种（Setlur P, Alii G，Nuzzo L.Multipath exploitation in through-wall radar imaging via point spread functions [J]. 2013.) 是基于点扩散函数的多径抑制方法，它首先利用第一种方法计算出多径干扰位置，然后根 据目标与多径幻象构造特定的点扩散函数图像（即多径幻象区域置〇,目标区域置1)，最 后融合点扩散函数图像与原雷达图像，实现对多径的抑制。实际应用中常需要对建筑物内 多个目标进行成像探测，由于上述两种方法在抑制多目标多径幻象时，依旧按照抑制单目 标多径幻象的思路进行，没有考虑多个目标位置与多径幻象位置的复杂分布情形，因此当 应用上述两种方法进行多个目标检测时，其成像的精确度对目标的位置分布有很大的依 赖性，这种依赖性主要体现在如下两个方面：（1)当目标位置比较分散，各个目标相距较远 时，上述方法能够有效抑制多径幻象；（2)当目标位置比较集中且各个目标相距较近时，上 述两种方法在抑制多径幻象的同时会造成多径幻象区域内的目标图像丢失，出现目标漏检 的情况。因此，研究封闭空间多目标检测的多径幻象抑制方法在穿墙雷达成像中具有重要 的实际应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明基于一个目标所对应的多径回波距离一定大于目标本身回波距离这一原 贝1J，提供一种适用于封闭空间多目标检测的多径幻象抑制方法，首先通过门限检测将原始 图像二值化，基于4-连通法标记二值化图像得到一组连通域，将所有连通域按照其坐标 均值到雷达中心点的距离由小到大依升序排序组成连通域序列；然后按照其坐标均值到雷 达中心点的距离由小到大依升序依次分别分析判断每个连通域是目标还是多径幻象区域， 最后保留判断为目标的连通域，并把判断为多径幻象区域的连通域置零，从而实现多目标 检测和多径幻象抑制。
[0005] 本发明技术方案如下：
[0006] -种适用于穿墙雷达隐蔽目标成像的多目标多径幻象抑制方法，处理流程如图1 所示，包括以下步骤：
[0007] 步骤1.信号获取：对于穿墙雷达系统，其阵列雷达的L个雷达单元沿平行于待测 区域外墙面（该墙面所在墙体定义为前墙）的方向均匀分布，阵列雷达工作时各个雷达各 自独立进行信号的发射与回波信号的采集；
[0008] 步骤2.连通域检测：利用阵列雷达采集到的回波信号生成原始雷达图像；设置门 限对原始雷达图像进行二值化处理得到由若干像素点组成的二值化图像，对二值化图像进 行4-连通检测，标记二值化图像中的所有连通域；遍历标记的连通域，将所有连通域按照 其坐标均值到阵列雷达中心点的距离由小到大依升序排序合并成一个连通域序列D = [Di D2 …DK];
[0009] 步骤3.多径幻象位置的计算：对雷达成像场景区域内的任意坐标（V yp)，其多径 幻象的坐标可由如下的多径幻象位置计算公式得出：
【权利要求】
1. 一种用于穿墙雷达隐蔽目标成像的多目标多径幻象抑制方法，包括以下步骤： 步骤1.信号获取：对于穿墙雷达系统，其阵列雷达的L个雷达单元沿平行于待测区域 外墙面（该墙面所在墙体定义为前墙）的方向均匀分布，阵列雷达工作时各个雷达各自独 立进行信号的发射与回波信号的采集； 步骤2.连通域检测：利用阵列雷达采集到的回波信号生成原始雷达图像；然后设置门 限并对原始雷达图像进行二值化处理得到由若干像素点组成的二值化图像，采用4-联通 法对二值化图像进行连通域检测，标记所有连通域并组合成一个连通域序列D= [Di D2… DK]；
步骤4.目标与多径幻象的识别：对连通域序列D中的连通域Dj(其中，j = 1，……， K)，按照其坐标均值（x，y)到雷达中心点的距离由小到大的顺序依次分别进行如下所述的 目标与多径幻象识别过程： 步骤4-1 :提取连通域Dj的均值坐标（Xj，yj)，通过步骤3提出的多径幻象位置计算函 数得到连通域Dj的多径幻象的均值坐标(\，之)； 步骤4-2:在步骤2所得的二值化图像中，如果在中心位置为大小为NXS的邻 域内，不存在连通域序列D中任何一个连通域的像素点，则判断连通域为多径幻象区域 并将Dj置零；其中，N为雷达距离向分辨单元在雷达图像中所占的像素格数，S为雷达方位 向分辨单元在雷达图像中所占的像素格数；若在中心位置大小为NXS的领域 内存在连通域序列D中某个连通域（标记为Dm)的像素点，则标记连通域Dj为目标区域；同 时，对连通域Dm按照上述提供的识别方法进行目标与多径幻象的识别，并由此判定目标Dj 的多径幻象区域是否存在其他目标；若在的多径幻象区域Dm*存在其他目标，则保留连 通域Dm并标记为目标区域；反之，则将连通域D m置零。
2. 根据权利要求1所述的用于穿墙雷达成像的多径幻象抑制方法，其特征在于，所述 的连通域检测后得到的连通域序列D中的各个连通域DpD 2，…，DK是按照其坐标均值到阵 列雷达中心点的距离由小到大依升序排序列于序列D中。
3. 根据权利要求1所述的用于穿墙雷达成像的多径幻象抑制方法，其特征在于，所述 的回波距离rpiV可由以下公式计算得到：
其中，li、12分别表示目标反射信号在前墙体和空气空间中的传输距离；15、14、1 3组成 发射信号在前墙体和空气环境传输后并经过侧墙反射后到达目标的路径，13是经侧墙反射 后到目标的距离，1 4、15分别表示发射信号经侧墙反射前在空气和前墙体中的传输距离；d、 ε分别为前墙厚度和墙体介电常数，（H)为雷达阵列中第i个雷达单元的位置坐标，xw 为侧墙内表面在坐标系中距零点的X轴方向的偏移距离，Λχτ表示目标水平偏移距离，Axe 表示镜像水平偏移距离，Λ XM表示多径水平偏移距离。
4.根据权利要求1所述的用于穿墙雷达隐蔽目标成像的多目标多径幻象抑制方法，其 特征在于，所述的目标与多径幻象的识别基于如下原理：基于一个目标所对应的多径回波 距离一定大于目标本身回波距离这一原则，同时本发明在步骤2中已对连通域序列D中所 有连通域按照其坐标均值（X，y)到雷达中心点的距离由小到大依升序排序，可知连通域序 列D的第一项连通域一定是目标区域，其最后一项一定是多径幻象区域，故连通域序列D中 其坐标均值到雷达中心点距离最短的连通域〇 1-定是目标区域；在完成连通域其多径 幻象区域的识别之后，参照上述的判定原理可知，连通域序列D内剩余的尚未被识别的连 通域中，其坐标均值到雷达中心点距离最短的连通域也一定是目标区域，并按照步骤4提 供的识别方法对目标区域的多径幻象区域进行是否存在其他目标的判定；依照上述的判定 原理分别对连通域序列D中的连通域Dj(其中，j = 1，……，K)按照其坐标均值（X，y)到 雷达中心点的距离由小到大依升序进行如步骤4所述的目标与多径幻象的识别过程，直至 所有连通域完成目标与多径幻象识别。
【文档编号】G01S7/36GK104062638SQ201410271196
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】崔国龙, 赵晓华, 易川, 王世明, 孔令讲, 杨晓波, 刘建刚, 张鹏, 姚雪 申请人:电子科技大学