一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法
【专利摘要】本发明提供一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，具体步骤包括：建立穿墙成像模型，获得原始信号数据；对天线阵元所接受的回波信号进行扩展；计算熵值并设定门限；对天线阵元所接收的回波信号反复进行扩展，得到阵元不同时间采样点所对应的扩展熵值，利用该熵值设定门限，获得经过处理后的处理图。本发明能够消除墙体强杂波对穿墙成像的影响，提高成像精度，减少了天线阵元数目，对硬件设备的要求较低，大大简化了穿墙雷达硬件设备的设计。
【专利说明】一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于穿墙雷达成像【技术领域】，具体涉及一种根据离散无记忆信源扩展熵值 原理，对天线阵元所接收的回波信号进行扩展，并求其熵值，再利用熵值设置门限，消除墙 体的影响，实现目标成像的方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济社会的飞速发展，无论是军用方面还是民用方面，都迫切地需要穿墙成 像（Through Wall Image，TWI)技术。由于穿墙雷达采用窄脉冲发射信号，具有带宽大、分辨 率高、穿透非金属介质能力强的特性，并且不会对人体造成损害。目前，穿墙雷达成像技术 被广泛应用于非侵入式探测领域，如巷战中，及时发现隐蔽在障碍物后的敌人，减少战士伤 亡；反恐行动中，有效地监视恐怖分子的行动，确认人质安全并实施救援；重大灾害后（如 地震），在废墟中搜寻生还者，以便能够及时进行救援，最大程度地挽救生命；在火车站、飞 机场等公共场合，对旅客的行李进行安检，以确保群众生命财产安全。
[0003] 穿墙成像过程中，接收天线阵元接收到的回波信号必然会包含大量强杂波信号 (如墙体散射），而这些杂波信号通常强度大，使得目标信号淹没在这些杂波信号中，从而 无法对目标清晰成像。因此，为了实现穿墙目标成像，必须对回波信号进行处理，消除不需 要的杂波信号，使得目标能够清晰地呈现出来。
[0004] 针对这一问题，国内外的科研人员进行了深入的研究，提出了不少成像算法。其 中，背景对消法能够很好地消除墙体散射等杂波信号，对墙后目标进行成像。然而在实际应 用中，该方法不易实现，因为我们不可能将墙后物体移除后对背景进行测量。基于时间门限 的算法，是通过设置时间门限将接收回波信号的前部滤除，以此消除墙体散射信号，达到穿 墙成像的目的。但是，时间门限选择不当，往往会导致部分目标信号也被消除。其他一些算 法，如增加阵元数目，以提高成像精度，而这对硬件要求很高，成本大，穿墙雷达设计将更为 复杂。
[0005] 因此，如何在减少阵元的情况下，通过算法处理消除杂波信号的影响，提高成像精 度是本领域技术人员所急需解决的难题。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明公开了一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，针对 现有天线阵元多的问题，通过减小阵元数目，利用回波扩展熵值设定门限，增大门限可调范 围，消除墙体强杂波的影响，提高成像精度，实现穿墙目标成像。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，具体步骤包括：
[0009] (1)建立穿墙成像模型，获得原始信号数据：
[0010] 利用均匀分布于测线的自发自收天线阵列，依次发射并接收信号，并且导出未经 处理的成像图；
[0011] (2)对天线阵元所接收的回波信号进行扩展：
[0012] 收发天线阵元数目为N，对接收天线接收到的原始回波信号做时间采样，采样点数 为M，构成MXN的矩阵e，对矩阵e做如下处理：
【权利要求】
1. 一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，其特征在于：具体步骤包括： (1) 建立穿墙成像模型，获得原始信号数据： 利用均匀分布于测线的自发自收天线阵列，依次发射并接受信号，并且导出未经处理 的成像图； (2) 对天线阵元所接收的回波信号进行扩展： 收发天线阵元数目为N，对接收天线接收到的原始回波信号做时间采样，采样点数为 M，构成MXN的矩阵e，对矩阵e做如下处理：
再根据离散无记忆的扩展信源熵值理论，对天线阵元所接收的回波信号做扩展处理， 扩展次数P = 2, 3,...，P (P e N% N#为正整数），扩展后构成MXNP的矩阵E，并对矩阵E进 行处理，处理公式为：
(3) 计算熵值并设定门限： 利用如下公式计算熵值： //(?0=
并根据最大熵值理论，设置门限；设置门限后对矩阵 e继续处理，获得经过处理后的处理图。
2. 根据权利要求1所述的一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，其特征在于：所 述步骤（3)中设定门限的公式为：
，其中α为控制门限的参数； 所述对矩阵e的处理公式为： ez (m, n) = Z (m) e (m, η);所述ez为矩阵e经过处理后的最终结果。
3. 根据权利要求1所述的一种基于回波扩展熵的穿墙雷达成像方法，其特征在于：所 述步骤（2)中对天线阵元所接收的回波信号进行扩展的次数至少为三次。
【文档编号】G01S13/89GK104297749SQ201410607213
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】李家强, 蔡洪渊, 陈金立, 李鹏 申请人:南京信息工程大学