本發(fā)明涉及穿墻雷達三維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及后墻一次多徑目標的多徑假目標的抑制方法。

背景技術(shù)：

穿墻雷達三維成像技術(shù)主要是利用電磁波穿透建筑物墻體等障礙物，對密閉的建筑物內(nèi)的靜止或移動目標進行三維檢測、定位和識別，同時對建筑物布局進行成像。電磁波穿透建筑物墻體后，在密閉建筑物空間內(nèi)并不沿著一條路線傳播，而是存在許多不同的傳播路徑，其中從發(fā)射雷達打到目標然后直接反射回接收雷達的路徑稱為直接路徑，由于建筑物內(nèi)存在墻體、天花板、地板等反射面，從雷達發(fā)射出的電磁波會在墻體等表面進行一次或者多次反射后再經(jīng)過目標反射回接收雷達，或者先打到目標，然后再反射到內(nèi)墻面，最后反射回接收雷達，這就會造成雷達收到多次反射電磁波，在雷達成像中表現(xiàn)為多徑假目標。由于電磁波在每一次墻面反射時強度都會衰減，所以二次及高次多徑的強度都很弱，因此通常只考慮一次多徑。多徑假目標會導致虛警，嚴重影響穿墻雷達的成像質(zhì)量。因此，密閉建筑物中穿墻成像多徑幻象抑制十分重要。

當前，關(guān)于多徑干擾抑制方法中，文獻“z.x.li,y.jia,etal,“anovelapproachofmulti-pathsuppressionbasedonsub-apertureimaginginthrough-wall-radarimaging”,ieeeradarconference,2013.”提出了一種基于子孔徑成像的多徑抑制方法，該方法基于多徑位置隨著天線陣列移動而移動，但目標位置始終不變的多徑特性，通過將不同天線陣列的雷達成像進行相乘融合來達到多徑抑制的目的。在基于點擴散函數(shù)的多徑抑制方法(文獻setlurp,allig,nuzzol.multipathexploitationinthrough-wallradarimagingviapointspreadfunctions[j].ieeetransactiononimageprocessing.2013.)中，其把多徑假目標反推并與其對應的真實目標關(guān)聯(lián)，將多徑假目標的幅度值轉(zhuǎn)而疊加到該真實目標上，在抑制多徑幅度的同時能夠提高目標位置的信雜比。而在一種基于壓縮感知的多徑抑制方法(文獻j.wang,p.wang,y.li,q.songandz.zhou,“amultipathsuppressiontechniqueforthrough-the-wallradar”,ieeeinternationalconferenceonultra-wideband,2013.)中，其將雷達回波看作是目標空間對環(huán)境傳輸函數(shù)的映射，因此在已知建筑物環(huán)境的情況下，可以重構(gòu)傳輸函數(shù)，對雷達回波進行最小范數(shù)反轉(zhuǎn)，從而重構(gòu)真實雷達圖像，避免多徑假目標。上述已有多徑干擾抑制方法只能夠應對穿墻雷達二維成像對應的場景，當處理三維圖像時，上述方法并不適用。因此，研究密閉空間中三維成像的多目標多徑干擾抑制方法在穿墻雷達成像領(lǐng)域具有重要的價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種適用于密閉建筑物空間三維成像多目標后墻一次多徑抑制方法，本發(fā)明首先將原始的雷達三維圖像進行歸一化，然后通過門限檢測將其進行二值化，再對該圖像進行三維目標提取，得到圖像中所有物體(包括真實目標和多徑幻想)的三維重心坐標；其次基于多徑的產(chǎn)生原理使用相關(guān)匹配方法分析所有物體中兩兩元素間的關(guān)聯(lián)性，判斷出目標區(qū)域和多徑區(qū)域；最后在保留目標的同時將多徑假目標剔除，從而實現(xiàn)了多徑抑制。

本發(fā)明的一種穿墻雷達三維成像后多目標后墻一次多徑抑制方法，包括以下步驟：

步驟1：三維圖像中物體提取。

對原始雷達三維圖像進行歸一化處理，得到歸一化后的原始雷達三維圖像iorg(·)，然后對圖像iorg(·)進行二值化，即設(shè)置門限tr，用tr對圖像iorg(·)進行門限檢測得到二元圖像ib(·)，對圖像ib(·)進行三維成像物體提取，提取出所有物體的重心坐標，并計算各重心坐標到陣列中心的歐式距離，對所有物體按照歐式距離進行升序排序并按序編號，得到圖像ib(·)的所有物體的距離矩陣p＝[p1p2…pk]，其中k表示圖像ib(·)中的物體個數(shù)，pk表示第k個物體。

步驟2：相關(guān)匹配系數(shù)的計算。

計算全部k個物體到所有天線陣元的直接傳播距離：

其中

其中，m,n分別為天線收發(fā)陣元個數(shù)，第m個發(fā)射天線位于點tm，第n個接收天線位于點rn，εr為前墻相對介電常數(shù)，ak,t和bk,t為電磁波沿直接路徑傳播時在前墻后表面的折射點，為各點間對應的長度值，點pk則對應第k個物體的重心。

其次計算全部k個物體到所有天線陣元的多徑傳播距離：

其中

其中cm,t為電磁波沿多徑路徑傳播時在前墻后表面的折射點，點f為電磁波沿多徑路徑傳播時在后墻前表面的反射點。為各點間對應的長度值。

定義第j個物體的直接傳播距離和第i個物體的多徑傳播距離之間的相關(guān)匹配系數(shù)為

可知的取值范圍為(0,1]，且當取到一個較大的接近1的值時，即說明第j個物體的直接傳播距離和第i個物體的多徑傳播距離匹配程度很高，相關(guān)性很強，則可以判定第j個物體與第i個物體有多徑-目標關(guān)系，即第j個物體是第i個物體的一個后墻一次多徑。

由于物體的多徑傳播距離始終大于其直接傳播距離，所以只需要計算當j＞i時的相關(guān)匹配系數(shù)即可。計算得到相關(guān)匹配系數(shù)矩陣μ：

步驟3：判決準則及多徑抑制。

由于k個物體中，最多有k-1個多徑，可知對于真正的多徑而言，其μ值應該大于最大的k個μ值的平均值，故可以設(shè)定判定門限δ為：相關(guān)匹配系數(shù)矩陣μ中前k個最大值的均值。

在實現(xiàn)時，可先對相關(guān)匹配系數(shù)矩陣μ的所有非零值進行降序排序得到然后根據(jù)得到門限δ，其中μk∈μ′。

最后，將系數(shù)矩陣μ中的非零值與門限δ進行對比，若有則可判定第j個物體(pj)為第i個物體(pi)的多徑。當全部比較完畢后，除了被判定為多徑的物體之外，剩下的物體全部為真實目標。最后在二值三維圖中去除多徑，并將這個多徑抑制后的二值三維圖與原三維雷達圖像進行非相干融合，得到多徑抑制后的雷達圖像if(·)，即if(·)＝ib(·)⊙iorg(·)。

附圖說明

圖1為具體實施方式中仿真場景示意圖。

圖2為具體實施方式中仿真陣列陣元分布示意圖。

圖3為三維后墻一次多徑穿墻傳播示意圖。

圖4為具體實施方式中原始雷達仿真圖像。

圖5為三維后墻一次多徑抑制方法處理流程圖。

圖6為具體實施方式中最終結(jié)果圖像。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

對存在多個目標的待探測區(qū)域，其仿真場景如圖1所示，坐標系零點位于前墻前表面的中心位置，4個發(fā)射天線和16個接收天線緊貼前墻放置，天線分布圖如圖2所示，雷達的發(fā)射信號為中心頻率1.8ghz、帶寬0.8ghz的步進頻信號，頻率步進為2mhz。前墻的厚度為0.24m，后墻前表面位于z＝10m處，后墻高度為2m，兩墻的相對介電常數(shù)相等且均為8.6。兩個目標p1、p2分別位于(-1.0,1.3,6.0)m和(1.0,1.3,8.0)m處，其后墻一次多徑穿墻傳播示意圖如圖3所示，其中點tm、tn分別為發(fā)射、接收天線的坐標，點a、b為電磁波沿直接路徑傳播時在前墻后表面的折射點，點c為電磁波沿多徑路徑傳播時在前墻后表面的折射點，點f為電磁波沿多徑路徑傳播時在后墻前表面的反射點。且目標p1、p2的原始的雷達三維成像如圖4所示。

參見圖5，根據(jù)本發(fā)明的后墻一次多徑抑制方法，對圖1所示的仿真場景的具體處理步驟如下：

步驟1：三維圖像中物體提取。

101：使用門限tr對雷達原始圖像(三維圖像)進行二值化檢測，得到二值化雷達圖像，其中門限值取為雷達原始圖像最大值像素點值的0.5倍；

102：提取出所有物體的重心坐標，得到四個物體重心坐標，根據(jù)仿真場景示意圖所建立的坐標系，雷達陣列中心位于(0.0,1.3,0.0)m，則按照物體到陣列中心的距離進行升序排序得到p＝[p1p2p3p4]，物體的重心坐標和到陣列中心的距離如下表所示：

步驟2：相關(guān)匹配系數(shù)的計算。

201：計算每個物體到所有天線陣元的直接傳播距離多徑傳播距離

202：計算j＞i時的相關(guān)匹配系數(shù)

由于多徑的傳播延時總是大于直接回波傳播延時，故無需計算所有的僅計算當j＞i的相關(guān)匹配系數(shù)值。本實施例中，三維圖像中共有四個物體，故計算的值即可。按照相關(guān)匹配系數(shù)的計算公式，得到所有相關(guān)系數(shù)值如下表所示：

步驟3：多徑判決及抑制。

301：求取門限δ。

由上個步驟計算得到的相關(guān)匹配系數(shù)，可以得到其最大的四個值分別為根據(jù)門限值的計算規(guī)則可算出門限值為δ＝0.8904。

302：將大于門限δ的相關(guān)匹配系數(shù)提取出來，分別為由判決準則即可知，p3是p1的后墻一次多徑，p4是p2的后墻一次多徑。故在二值化雷達圖像中刪除p3和p4；

303：將刪除掉多徑幻象后的二值化雷達圖像與原始雷達圖像進行非相干融合，即可得到多徑抑制后的雷達圖像，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，本發(fā)明提供的適用于穿墻雷達三維成像后多目標后墻一次多徑抑制方法可以有效剔除多徑，得到正確的探測結(jié)果，驗證了本發(fā)明的正確性和有效性。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。