一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法。针对非视域目标探测时噪声信号过大、目标个数未知对目标信号辨识带来的困难，利用目标与各探测点的空间位置关系，提供一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法。本发明专利技术与现有技术的有益效果在于：本发明专利技术方法无需提前确定目标个数，也能辨识出每个目标的信号；即使存在持续或间隙性的噪声干扰，也能正确辨识目标信号；相比于概率密度法，计算量更小，速度更快，有利于后续跟踪处理。有利于后续跟踪处理。有利于后续跟踪处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法


[0001]本专利技术属于光电探测领域，具体涉及一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法。

技术介绍

[0002]非视域目标探测技术，即对隐藏于遮挡物后，相机无法直接探测的目标进行成像、重构、定位或跟踪，在抢险、救援和自动驾驶等领域拥有广阔的应用前景，已成为国内外研究的热点。传统的光学探测手段，都需要目标在探测器的视线范围内才能进行成像和跟踪。一旦目标与探测器之间存在遮挡物，比如人在拐角或墙后、飞机在云层中等情况，传统光学手段就无法探测。
[0003]该技术通过主动发射激光脉冲并测量散射到目标上的回波，来获取主动发射光子的飞行时间，并得出光子的飞行距离，从而进行三维重建或定位跟踪。由于目标被遮挡，激光只能发射到目标附近的中介面，并散射至目标。在目标将激光再次散射回中介面之后，再通过光学镜头收集回波光子，来实现对目标的探测。由于激光脉冲从发射到接收经过了多次散射，回波能量衰减可达到十几个数量级。
[0004]由于回波能量的衰减，在探测器接收到的回波信号中，目标信号往往并不一定具备最大能量，也就是说，存在强度大于目标信号的噪声，从而对目标信号的辨识以及目标个数的确认造成严重影响，所以必须实现在噪声的干扰下，依旧可以正确辨识多目标信号且稳定定位的功能。
[0005]在目前的文献中，对目标信号的辨识大多使用阈值法。比如，直接选用信号中超过一定阈值的部分作为目标信号。显然，这种方法容易受到较大噪声的干扰，而且在多目标辨识的时候，无法保证辨识的目标个数正确。也有文献采用概率密度法结合所有探测器的信号形成概率密度函数，认为概率最大处是目标位置。但是这种方法计算量大，且容易受到随机强噪声的影响，使计算出的目标位置产生较大偏移；同时，此方法在多目标辨识中需要提前确定目标个数。总而言之，现有的方法尚未完全解决强噪声的影响，且无法在未知目标数的前提下进行多目标辨识，从而对非视域多目标探测技术的实用化造成了障碍。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题为：针对非视域目标探测中存在强噪声而对多目标信号的辨识造成影响的问题，提供一种基于多信道匹配的目标信号辨识方法。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法，利用目标与各探测点的空间位置关系，计算同一目标回波信号在各探测器信道的光子飞行时间统计图中理论上的时间匹配关系，并将在超过一定数量的信道中符合该时间匹配关系的回波信号辨识为目标信号。
[0008]进一步地，所述时间匹配关系对应的时间匹配范围计算公式为：
[0009][0010]式中，i、j为探测点标号；t
i
、t
j
分别为光子从中介面上的激光点散射至目标，再散射至探测点i、j的飞行时间；d0、d
i
、d
j
分别代表激光点、探测点i、j与目标间的距离；c为光速；x
i
、x
j
分别为探测点i、j空间位置的x方向的坐标，即激光点平行中介面指向非视域方向；z
i
、z
j
分别为探测点i、j空间位置的z方向的坐标，即垂直于地面向上方向。
[0011]进一步地，所述符合该时间匹配关系的实现方法为：利用上述的时间匹配关系，选择一路信道为参考信道，并把其中所有波峰作为参考点，再对每一个参考点，分别取其它信道中时间匹配范围内波峰的最大值，作为此参考点的匹配点，此为正向匹配；然后以该匹配点为基准，取参考信道中时间匹配范围内波峰的最大值作为逆向匹配点，如果此逆向匹配点就是正向匹配中的参考点，则认为符合时间匹配关系。
[0012]一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法，具体实现步骤为：
[0013]步骤1、每个信道信号记录从激光器发射至被对应探测器接受的光子飞行时间，用每个探测器接收到中介面回波信号的时间来修正光子飞行时间统计图中的时间零点，并抑制中介面回波和去噪；
[0014]步骤2、对各信道光子飞行时间统计图信号取阈值，在超过阈值的信号中，通过对统计图求差分找到若干极大值；
[0015]步骤3、从多信道光子飞行时间统计图中选择一系列信道为参考信道，利用目标与各探测点的空间位置关系，求出其它探测器相对于参考信道探测器接收到同一目标信号的理论上的时间匹配范围；
[0016]步骤4、参考信道的各极大值为参考点，对每一个参考点，在其它各个信道时间匹配范围内，分别取其它各信道光子飞行时间统计图信号极大值的最大值，作为此参考点的正向匹配点；
[0017]步骤5、再以步骤4得到的正向匹配点为基准，用与步骤4相同的方法，在参考信道中寻找满足时间匹配关系的逆向匹配点，若此逆向匹配点与步骤4中的参考点为同一点，则认为匹配成功；
[0018]步骤6、若一组匹配的极大值的个数超过一定数目，则认为是目标信号点，并对其进行优化处理，提高系统精度；
[0019]步骤7、用上述得到的目标信号点进行后续定位处理。
[0020]进一步地，步骤6中优化处理为对目标信号半高之上求积分，并取积分面积在时间轴上的等分点作为目标信号点。
[0021]本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：
[0022](1)本专利技术可以在未知目标数目的前提下，对多目标信号进行辨识；
[0023](2)即使存在强度大于目标信号的噪声，也不影响目标信号的正确辨识；
[0024](3)由于直接确定了光子的飞行距离，所以可直接使用数学方法计算出目标位置，减小了计算量；
[0025](4)在运动多目标辨识中，基于多信道匹配的结果，有利于后续跟踪处理。
附图说明
[0026]图1是实施例中采集的四路非视域目标探测原始光子飞行时间统计图；
[0027]图2是实施例中各路原始光子飞行时间统计图以中介面回波时间为零点的中介面回波抑制信号图；
[0028]图3是实施例中中介面回波抑制信号图经过滤波之后的噪声抑制信号图；
[0029]图4是实施例中各噪声抑制信号图中符合要求的所有极大值点；
[0030]图5是实施例中各极大值点双向匹配示意图；
[0031]图6是实施例中完成多信道匹配后的结果图；
[0032]图7是实施例中基于匹配结果绘制的目标位置示意图，其中，图7(a)为使用椭圆交点法计算目标位置的原理示意图，图7(b)为椭圆交点法计算第一个目标的结果示意图，图7(c)为椭圆交点法计算第二个目标的结果示意图，图7(d)为椭圆交点法计算第三个目标的结果示意图，图7(e)为椭圆交点法计算第四个目标的结果示意图，图7(f)为椭圆交点法计算第五个目标的结果示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详述，以下的实施例仅限于解释本专利技术，但不作为本专利技术的限制，专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，凡通过基本相同的方法达到相同效果的类似实施方式，均落入本专利技术的保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法，其特征在于：利用目标与各探测点的空间位置关系，计算同一目标回波信号在各探测器信道的光子飞行时间统计图中理论上的时间匹配关系，并将在超过一定数量的信道中符合该时间匹配关系的回波信号辨识为目标信号。2.根据权利要求1所述的一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法，其特征在于：所述时间匹配关系对应的时间匹配范围计算公式为：式中，i、j为探测点标号；t
i
、t
j
分别为光子从中介面上的激光点散射至目标，再散射至探测点i、j的飞行时间；d0、d
i
、d
j
分别代表激光点、探测点i、j与目标间的距离；c为光速；x
i
、x
j
分别为探测点i、j空间位置的x方向的坐标，即激光点平行中介面指向非视域方向；z
i
、z
j
分别为探测点i、j空间位置的z方向的坐标，即垂直于地面向上方向。3.根据权利要求1所述的一种基于多信道匹配的非视域目标信号辨识方法，其特征在于：所述符合该时间匹配关系的实现方法为：利用上述的时间匹配关系，选择一路信道为参考信道，并把其中所有波峰作为参考点，再对每一个参考点，分别取其它信道中时间匹配范围内波峰的最大值，作为此参考点的匹配点，此为正向匹配；然后以该匹配点为基准，取参考信道中时间匹配范围内波峰的最大值作为逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雅卿，夏诗烨，罗一涵，李泰霖，谢宗良，徐少雄，马浩统，曹雷，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：