一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法技术

本发明专利技术公开一种适用于穿墙雷达成像的多目标侧墙一次多径抑制方法，首先利用4连通域检测方法从二元原始雷达图像中提取出所有连通域；然后对所有连通域编号并依照它们的平均坐标离雷达阵列中心的欧式距离升序排序得到连通域向量；接着把连通域向量元素重组成两个子向量，分别按照到雷达的多径传输路径和直接回波传输路径对这两个子向量进行扩展；然后利用相似度函数计算两个子向量的相似度矩阵；最后使用相似度门限及判决规则的方法判定相似度矩阵的所有元素，得到真实目标所在的连通域并将多径假目标抑制掉。本发明专利技术能够对墙后隐蔽多目标进行检测，在保留目标的同时能够有效地将多径剔除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及穿墙雷达成像
，特别是涉及部分目标与其他目标的侧墙一次多径重合时多径假目标的抑制方法。
技术介绍
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，对密闭建筑物内隐藏目标进行检测、定位和识别，同时对建筑物布局进行成像，在反恐、公安执法、灾难救援等领域具有重大的应用价值。电磁波在密闭的建筑环境内传播时，存在许多不同的传播路径，其中从发射雷达打到目标然后直接反射回接收雷达的路径称为直接路径，由于建筑物内光滑墙体的存在，电磁波从发射雷达发射出去之后会在墙体表面进行一次或者多次反射后再经过目标反射回接收雷达，或者先打到目标，然后在反射到内墙面，最后反射回接收雷达，这都就会造成多径假目标的产生，因为电磁波在每一次墙面反射时强度都会衰减，所以二次及高次多径强度都很弱，通常只考虑一次多径。多径假目标会导致虚警，严重影响穿墙雷达的成像质量。因此，密闭建筑物中穿墙成像多径幻象抑制十分重要。国内外许多研究机构开展了密闭空间一次多径干扰抑制方法的研究。电子科技大学提出了一种基于子孔径成像的多径抑制方法(Z.X.Li,Y.Jia,et al,“A novel approach of multi-path suppression based on sub-aperture imaging in through-wall-radar imaging”,IEEE Radar Conference,2013.)，它利用多径的位置随着雷达位置的改变而改变这个特性，选取不同位置的子孔径进行成像，最后将这些子孔径图像融合在一起达到多径抑制的目的。美国维拉诺瓦大学提出了一种基于点扩散函数的多径抑制方法(Setlur P,Alli G,Nuzzo L.Multipath exploitation in through-wall radar imaging via point spread functions[J].IEEE Transaction on Image Processing.2013.)，它把多径假目标的值叠加到与它关联的真实目标上，在抑制多径的同时能够提高目标位置的信杂比。上述方法只能够应对单目标场景，或者多径与目标之间不存在重叠的场景，当处理存在目标与多径假目标重叠的多目标场景时，上述方法会造成多径假目标区域内的真实目标丢失，出现漏警。因此，研究密闭空间中存在重叠现象的多目标多径干扰抑制方法在穿墙雷达成像领域具有重要的价值。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提出了一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，首先通过门限检测将原始雷达图像进行二值化，使用连通域检测方法对该二值化图像进行连通域检测得到连通域向量，基于多径的产生原理使用相似度方法分析该连通域向量中两两元素间的关联性，判断出目标区域和多径区域，最后在保留目标的同时将多径假目标剔除，从而实现了多径抑制。本专利技术采用的技术方案是：一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，包括：S1、连通区域检测，根据设置的第一门限对原始雷达图像进行门限检测得到二元图像，对二元图像进行4-连通检测，并标记二元图像中的所有的N个连通域，按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由小到大对所有的N个连通域进行排序，得到一个连通域向量；S2、构造相似度矩阵，将步骤S1得到的连通域向量分成两组，得到第一向量与第二向量；根据侧墙一次多径的形成原理对第一向量进行扩展，得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量；根据雷达的直接回波传输路径对第二向量进行扩展，得到包含直接回波传输距离信息的第四向量；根据相似度函数计算得到第三向量与第四向量的相似度矩阵；S3、元素判决及多径抑制，根据第二门限判定相似度矩阵中的所有元素，得到目标区域。进一步地，步骤S2中所述将步骤S1得到的所有连通域向量分成两组，具体为：所述第一向量为按照各个连通域的平均坐标到阵列中心的欧式距离由小到大的顺序连续地在连通域向量中取连通域，所述第二向量为按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由大到小的顺序连续地在连通域向量中取连通域，所述第一向量与第二向量所取连通域个数相等，记为N′，N′大于连通域向量中总的连通域个数的一半，并且小于总的连通域个数。进一步地，步骤S2中所述的根据侧墙一次多径的形成原理对第一向量进行扩展，得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量；具体为：计算第一向量中每个连通域的平均坐标到K个雷达位置的侧墙一次多径传输距离，每个连通域得到的K个距离值组成一个向量ri；i＝1,2,3…,N′，根据N′个向量ri得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量。步骤S2中所述的根据雷达的直接回波传输路径对第二向量进行扩展，得到包含直接回波传输距离信息的第四向量；具体为：计算第二向量中每个连通域的平均坐标到K个雷达位置的直接回波距离，每个连通域得到的K个距离值组成一个向量ri′′；i′＝1,2,3…,N′，根据N′个向量ri′′得到包含N′个直接回波传输距离信息的第四向量。进一步地，步骤S2中所述的根据相似度函数计算得到第三向量与第四向量的相似度矩阵，具体为：根据相似度函数定义，第三向量与第四向量的相似度矩阵表达式为：其中，sim(r1,r′2)表示计算向量r1和r′2之间相似度的相似度计算函数，其取值范围为[0,1]。进一步地，步骤S3所述根据第二门限判定相似度矩阵中的所有元素，得到目标区域，具体为：A1、对相似度矩阵S进行预处理，根据多径回波路径始终长于目标回波路径的特点，将相似度矩阵S中的上三角元素全部置零，得到一个下三角矩阵S′A2、将矩阵S′中的所有非零元素按照取值从大到小依次放入行向量Sv： S v = [ s 1 s 2 ... s N ′ ( N ′ + 1 ) 2 ] , s 1 ≥ s 2 ≥ ... ≥ s N ′ ( N ′ + 1 ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，包括：S1、连通区域检测，根据设置的第一门限对原始雷达图像进行门限检测得到二元图像，对二元图像进行4‑连通检测，并标记二元图像中的所有的N个连通域，按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由小到大对所有的N个连通域进行排序，得到一个连通域向量；S2、构造相似度矩阵，将步骤S1得到的连通域向量分成两组，得到第一向量与第二向量；根据侧墙一次多径的形成原理对第一向量进行扩展，得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量；根据雷达的直接回波传输路径对第二向量进行扩展，得到包含直接回波传输距离信息的第四向量；根据相似度函数计算得到第三向量与第四向量的相似度矩阵；S3、元素判决及多径抑制，根据第二门限判定相似度矩阵中的所有元素，得到目标区域。

【技术特征摘要】
1.一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，包括：S1、连通区域检测，根据设置的第一门限对原始雷达图像进行门限检测得到二元图像，对二元图像进行4-连通检测，并标记二元图像中的所有的N个连通域，按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由小到大对所有的N个连通域进行排序，得到一个连通域向量；S2、构造相似度矩阵，将步骤S1得到的连通域向量分成两组，得到第一向量与第二向量；根据侧墙一次多径的形成原理对第一向量进行扩展，得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量；根据雷达的直接回波传输路径对第二向量进行扩展，得到包含直接回波传输距离信息的第四向量；根据相似度函数计算得到第三向量与第四向量的相似度矩阵；S3、元素判决及多径抑制，根据第二门限判定相似度矩阵中的所有元素，得到目标区域。2.根据权利要求1所述的一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，步骤S2中所述将步骤S1得到的连通域向量分成两组，具体为：所述第一向量为按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由小到大的顺序连续地在连通域向量中取连通域，所述第二向量为按照平均坐标值到阵列中心的欧式距离由大到小的顺序连续地在连通域向量中取连通域，所述第一向量与第二向量所取连通域个数相等，记为N′，N′大于连通域向量中总的连通域个数的一半，并且小于总的连通域个数。3.根据权利要求2所述的一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，步骤S2中所述的根据侧墙一次多径的形成原理对第一向量进行扩展，得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量；具体为：计算第一向量中每个连通域的平均坐标到K个雷达位置的侧墙一次多径传输距离，每个连通域得到的K个距离值组成一个向量ri；i＝1,2,3…,N′，根据N′个向量ri得到包含侧墙一次多径传输距离信息的第三向量。4.根据权利要求3所述的一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，步骤S2中所述的根据雷达的直接回波传输路径对第二向量进行扩展，得到包含直接回波传输距离信息的第四向量；具体为：计算第二向量中每个连通域的平均坐标到K个雷达位置的直接回波距离，每个连通域得到的K个距离值组成一个向量ri′′；i′＝1,2,3…,N′，根据N′个向量ri′′得到包含N′个直接回波传输距离信息的第四向量。5.根据权利要求4所述的一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，步骤S2中所述的根据相似度函数计算得到第三向量与第四向量的相似度矩阵，具体为：根据相似度函数定义，第三向量与第四向量的相似度矩阵表达式为：其中，sim(r1,r′2)表示计算向量r1和r′2之间相似度的相似度计算函数，其取值范围为[0,1]。6.根据权利要求1所述的一种穿墙雷达成像后多目标侧墙一次多径抑制方法，其特征在于，步骤S3所述根据第二门限判定相似度矩阵中的所有元素，得到目标区域，具体为：A1、对相似度矩阵S进行预处理，根据多径回波路径始终长于目标回波路径的特点，将相似度矩阵S中的上三角元素全部置零，得到一个下三角矩阵S′A2、将矩阵S′中的所有非零元素按照取值从大到小依次放入行向量Sv： S v = [ s 1 s 2 ... s N ′ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国龙，郭世盛，刘健强，卢金伟，王明阳，孔令讲，杨晓波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51