一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法技术

本发明专利技术提供一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法。本发明专利技术从数据关联的角度出发，基于大量的实验数据，分析和总结复杂封闭的建筑环境下多目标随机运动时距离和的变化规律，多人在狭小空间内随机运动时，不可避免地会在一段时间内相互遮挡，造成回波的突变。本发明专利技术据此突变形成的临界区域作为判断房间内出现多运动目标的条件，再对临界区域中发生突变的目标数据进行关联从而确定运动目标数目。本发明专利技术能够对穿墙雷达进行活动人数提取，可辅助运动人体跟踪以改善航迹质量，提升复杂封闭建筑环境下多个目标的跟踪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法
本专利技术涉及穿墙雷达技术，特别涉及穿墙雷达的检测跟踪技术。
技术介绍
穿墙雷达作为复杂封闭建筑环境下辅助执行军事任务的一种新型特种侦察装备，通过发射特定频段的电磁波实现穿墙探测，逐渐取代了反猫眼窥视镜、门缝窥视仪等常规侦察手段，在反恐、巷战等军事战场上得到了越来越广泛的应用，近年来，已成为近年来国内外雷达
的一个研究热点。穿墙雷达通过提取回波信号中的有用信息，并通过信息处理，实现对建筑物内感兴趣目标的成像、检测、识别、定位和跟踪。穿墙雷达的一个主要探测功能是建筑物内部隐蔽的运动人体实时跟踪，多目标实时跟踪已成为目前国内外研究的热点，例如美国维纳诺瓦大学、北京电子所等科研机构已展开了多目标连续跟踪的研究工作，已经问世的湖南华诺星空公司猫眼CE-100、英国剑桥顾问公司穿墙雷达PRISM200、美国TimeDomain公司SoldierVision系列穿墙雷达、以色列Camero公司的Xaver-400等多款穿墙雷达产品也均能实现运动人体跟踪功能，它们的共同点是：在人数未知的前提下对建筑物内的目标实施跟踪，研究重心集中在墙体补偿和目标跟踪算法方面。实际上，为保证穿透性，发射电磁波的波长必须足够大，那么距离分辨率就会受限，同时考虑到穿透性和分辨率的要求，信号通常选择在0.5G-3G的频段内，假设在复杂封闭的狭小空间内对多目标进行探测，由于距离分辨率在穿墙后严重展宽为理论值的数倍，并考虑到穿墙雷达探测区域内多目标之间的相互遮挡、人体不同姿态引起的RCS起伏等影响，可能会造成一部分目标距离像丢失，无法实时准确地同时跟踪多个运动目标，这是穿墙雷达研究领域内一直悬而未决的难题。在这种情况下，通过“挖掘”回波信号中的有用信息判定出目标个数以辅助跟踪，将大大改善多目标跟踪的航迹质量，在一定程度上实现复杂建筑环境下多目标的实时准确跟踪。然而，却鲜有进行穿墙雷达目标个数判定技术的研究工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种从数据关联的角度出发的，基于穿墙雷达的活动人数判定方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取距离和平面：穿墙雷达包含一个发射天线一个接收天线，接收天线分别采集连续周期的回波信号，根据回波信号处理生成峰值点距离和矩阵，再对峰值点距离和矩阵进行距离和分类处理，将矩阵中对应同一目标的距离和存放在同一列数组上得到距离和矩阵NP(N-1,Kc)；2)活动人数判定：(1)假定目标的数目为y，初始时y＝y0，y0为可检测的最大目标数目；(2)在距离和平面EP(N-1,Kc)中寻找出当前目标数目y对应的L个临界区域，所述当前目标数目y对应的临界区域为，在两段目标个数为y-1的连续行之间为目标个数为y的连续行的突增区域，或者在两段目标个数为y的连续行之间为目标个数为y-1的连续行之间为目标个数为y-2的连续行的突减区域；(3)判断当前假定的目标数目是否满足y>1，若是，则转至步骤(4)；否则，进行单目标的判决得到最终判定活动目标数目yF；(4)判断当前目标数目y对应的临界区域数目L是否为0，如是，更新y＝y-1后返回步骤(2)，否则，进行多目标的判决得到最终判定活动目标数目yF；所述单目标的判决的方法为：当距离和平面EP(N-1,Kc)中存在有1个目标存在的周期数大于预设单目标判决门限时，则最终判定活动目标数目yF为1，否则，判定为无目标；所述多目标的判决的方法为：依次对L个临界区域进行基于距离和关联的多目标判定来得到最终判定活动目标数目yF；每一次基于距离和关联的多目标判定的方法为：确定当前假定的目标数目y，为当临界区域为突增区域的情况时，当满足距离和关联规则：(k-g)<T1且则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y-1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y；其中，T0表示脉冲周期，T1表示y个目标出现所持续的脉冲周期门限，T2表示y个目标出现前后的y-1个目标持续的脉冲周期门限，g为突变之前的y-1个目标持续的脉冲周期数，m-k为突变之后的y-1个目标持续的脉冲周期数，k-g为突增的y个目标持续的脉冲周期数，v表示人体目标最大运动速度，|rk+1,j-rg,i|表示突变发生时的目标i与突变结束时的目标j之间的距离；确定当前假定的目标数目y，当临界区域为突减区域的情况时，满足满足距离和关联规则：则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y-1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y；其中，T表示y-2个目标出现前后的y-1个目标持续的脉冲周期门限；当出现1次基于距离和关联失败后，则将最终判定活动目标数目yF赋值为y，多目标的判决完成；否则，进行下一次的基于距离和关联的多目标判定；当L次基于距离和关联均关联成功，则将最终判定活动目标数目yF赋值为y-1。本专利技术从数据关联的角度出发，基于大量的实验数据，分析和总结复杂封闭的建筑环境下多目标随机运动时距离和的变化规律，多人在狭小空间内随机运动时，不可避免地会在一段时间内相互遮挡，造成回波的突变。本专利技术据此突变形成的临界区域作为判断房间内出现多运动目标的条件，再对临界区域中发生突变的目标数据进行关联从而确定运动目标数目。进一步的，还提供一种为活动人数判定提供良好数据基础的获取距离和平面的方法。本专利技术的有益效果是，能够对穿墙雷达进行活动人数提取，可辅助运动人体跟踪以改善航迹质量，提升复杂封闭建筑环境下多个目标的跟踪效果。附图说明图1为穿墙雷达距离和平面获取方法流程图。图2为穿墙雷达活动人数判定方法流程图。图3为情况1和情况2的临界区域示意图。图4为穿墙雷达探测场景示意图。图5为回波信号预处理后的原始距离像平面。图6为抽取后的距离像平面。图7为距离和分类后的距离和平面。具体实施方式本专利技术基于一发一收配置的便携式穿墙雷达，首先从回波数据中恢复原始距离像平面并进行动目标检测，采用二维滤波器滤除高频噪声后按理论分辨率进行抽取，得到平滑后待检测的距离像平面，其次对距离像平面的每个脉冲周期进行自适应双门限检测，并提取出极值点辅助距离单元凝聚，然后进行距离和分类处理获得距离和平面，分析和总结复杂封闭的建筑环境下多目标随机运动时距离和的变化规律，按照设定的准则完成距离和关联，判定出建筑空间内的活动人数，具体步骤如下：1)获取距离和平面T个脉冲周期的回波数据可以形成距离像平面，然后经过检测、凝聚、分类等处理后得到距离和平面EP(n-1,Kc)，流程如图1所示。具体步骤如下：步骤1，针对接收天线分别采集的N个周期的回波，对每个脉冲进行包括重采样、去直流、加hamming窗、IFFT脉压的信号预处理，这样接收天线的回波信号经过预处理后形成一个包含快慢时间信息的二维数据矩阵，共形成原始距离像平面D(N,M)，其中N为脉冲周期总数，即慢时间，M为距离单元总数，即快时间。步骤2，针对原始距离像平面D(N,M)中的每一行数据，首先对系统及电缆中的信号传输延时τ进行补偿，然后按照距离单元求和(即按列求和)后，在大于Mmin＝roun本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）获取距离和平面：穿墙雷达包含一个发射天线一个接收天线，接收天线分别采集连续周期的回波信号，根据回波信号处理生成峰值点距离和矩阵，再对峰值点距离和矩阵进行距离和分类处理，将矩阵中对应同一目标的距离和存放在同一列数组上得到距离和矩阵NP(N‑1,Kc)；2）活动人数判定：(1)假定目标的数目为l，初始时l=l0，l0为可检测的最大目标数目；(2)在距离和平面EP(N‑1,Kc)中寻找出当前目标数目l对应的L个临界区域，所述当前目标数目l对应的临界区域为，在两段目标个数为l‑1的连续行之间为目标个数为l的连续行的突增区域，或者在两段目标个数为l的连续行之间为目标个数为l‑1的连续行之间为目标个数为l‑2的连续行的突减区域；(3)判断当前假定的目标数目是否满足l>1，若是，则转至步骤(4)；否则，进行单目标的判决得到最终判定活动目标数目lF；(4)判断当前目标数目l对应的临界区域数目L是否为0，如是，更新l=l‑1后返回步骤(2)，否则，进行多目标的判决得到最终判定活动目标数目lF；所述单目标的判决的方法为：当距离和平面EP(N‑1,Kc)中存在有1个目标存在的周期数大于预设单目标判决门限时，则最终判定活动目标数目lF为1，否则，判定为无目标；所述多目标的判决的方法为：依次对L个临界区域进行基于距离和关联的多目标判定来得到最终判定活动目标数目lF；每一次基于距离和关联的多目标判定的方法为：确定当前假定的目标数目l，为当临界区域为突增区域的情况时，当满足距离和关联规则：则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为l‑1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为l；其中，T0表示脉冲周期，T1表示l个目标出现所持续的脉冲周期门限，T2表示l个目标出现前后的l‑1个目标持续的脉冲周期门限，g为突变之前的l‑1个目标持续的脉冲周期数，m‑k为突变之后的l‑1个目标持续的脉冲周期数，k‑g为突增的l个目标持续的脉冲周期数，v表示人体目标最大运动速度，|rk+1,j‑rg,i|表示突变发生时的目标i与突变结束时的目标j之间的距离；确定当前假定的目标数目l，当临界区域为突减区域的情况时，满足距离和关联规则：g>T(m-k)>T|rk+1,j-rg,i|(k-g)×T0<v;]]>则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为l‑1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为l；其中，T表示l‑2个目标出现前后的l‑1个目标持续的脉冲周期门限；当出现1次基于距离和关联失败后，则将最终判定活动目标数目lF赋值为l，多目标的判决完成；否则，进行下一次的基于距离和关联的多目标判定；当L次基于距离和关联均关联成功，则将最终判定活动目标数目lF赋值为l‑1。...

【技术特征摘要】
1.一种基于距离和关联的穿墙雷达活动人数判定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取距离和平面：穿墙雷达包含一个发射天线一个接收天线，接收天线分别采集连续周期的回波信号，根据回波信号处理生成峰值点距离和矩阵，再对峰值点距离和矩阵进行距离和分类处理，将矩阵中对应同一目标的距离和存放在同一列数组上得到距离和矩阵NP(N-1,Kc)；2)活动人数判定：(1)假定目标的数目为y，初始时y＝y0，y0为可检测的最大目标数目；(2)在距离和平面EP(N-1,Kc)中寻找出当前目标数目y对应的L个临界区域，所述当前目标数目y对应的临界区域为，在两段目标个数为y-1的连续行之间为目标个数为y的连续行的突增区域，或者在两段目标个数为y的连续行之间为目标个数为y的连续行之间为目标个数为y-1的连续行的突减区域；(3)判断当前假定的目标数目是否满足y>1，若是，则转至步骤(4)；否则，进行单目标的判决得到最终判定活动目标数目yF；(4)判断当前目标数目y对应的临界区域数目L是否为0，如是，更新y＝y-1后返回步骤(2)，否则，进行多目标的判决得到最终判定活动目标数目yF；所述单目标的判决的方法为：统计距离和平面EP(N-1,Kc)中存在有1个目标存在的周期数M，判断是否满足N表示天线接收的总脉冲周期数，Ratio为预设单目标判决门限，如满足则最终判定活动目标数目yF为1，否则，判定为无目标；所述多目标的判决的方法为：依次对L个临界区域进行基于距离和关联的多目标判定来得到最终判定活动目标数目yF；每一次基于距离和关联的多目标判定的方法为：确定当前假定的目标数目y，为当临界区域为突增区域的情况时，当满足距离和关联规则：(k-g)<T1且则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y-1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y；其中，T0表示脉冲周期，T1表示y个目标出现所持续的脉冲周期门限，T2表示y个目标出现前后的y-1个目标持续的脉冲周期门限，g为突变之前的y-1个目标持续的脉冲周期数，m-k为突变之后的y-1个目标持续的脉冲周期数，k-g为突增的y个目标持续的脉冲周期数，v表示人体目标最大运动速度，|rk+1,j-rg,i|表示突变发生时的目标i与突变结束时的目标j之间的距离；确定当前假定的目标数目y，当临界区域为突减区域的情况时，满足距离和关联规则：则表示为距离和关联成功，更新此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y-1，否则判断此次基于距离和关联的多目标判定的活动目标数目为y；其中，T表示y-2个目标出现前后的y-1个目标持续的脉冲周期门限；当出现1次基于距离和关联失败后，则将最终判定活动目标数目yF赋值为y，多目标的判决完成；否则，进行下一次的基于距离和关联的多目标判定；当L次基于距离和关联均关联成功，则将最终判定活动目标数目yF赋值为y-1；步骤1)获取距离和平面的具体方法为：预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令讲，刘剑刚，张鹏，崔国龙，姚雪，赵中兴，贾勇，杨晓波，易伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51