一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適用于穿墻雷達(dá)成像的多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，首先利用4連通域檢測(cè)方法從二元原始雷達(dá)圖像中提取出所有連通域；然后對(duì)所有連通域編號(hào)并依照它們的平均坐標(biāo)離雷達(dá)陣列中心的歐式距離升序排序得到連通域向量；接著把連通域向量元素重組成兩個(gè)子向量，分別按照到雷達(dá)的多徑傳輸路徑和直接回波傳輸路徑對(duì)這兩個(gè)子向量進(jìn)行擴(kuò)展；然后利用相似度函數(shù)計(jì)算兩個(gè)子向量的相似度矩陣；最后使用相似度門限及判決規(guī)則的方法判定相似度矩陣的所有元素，得到真實(shí)目標(biāo)所在的連通域并將多徑假目標(biāo)抑制掉。本發(fā)明能夠?qū)箅[蔽多目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，在保留目標(biāo)的同時(shí)能夠有效地將多徑剔除。
【專利說明】
一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及穿墻雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及部分目標(biāo)與其他目標(biāo)的側(cè)墻一次 多徑重合時(shí)多徑假目標(biāo)的抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 穿墻雷達(dá)成像技術(shù)主要是利用電磁波穿透建筑墻體等障礙物，對(duì)密閉建筑物內(nèi)隱 藏目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、定位和識(shí)別，同時(shí)對(duì)建筑物布局進(jìn)行成像，在反恐、公安執(zhí)法、災(zāi)難救援等 領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。電磁波在密閉的建筑環(huán)境內(nèi)傳播時(shí)，存在許多不同的傳播路徑， 其中從發(fā)射雷達(dá)打到目標(biāo)然后直接反射回接收雷達(dá)的路徑稱為直接路徑，由于建筑物內(nèi)光 滑墻體的存在，電磁波從發(fā)射雷達(dá)發(fā)射出去之后會(huì)在墻體表面進(jìn)行一次或者多次反射后再 經(jīng)過目標(biāo)反射回接收雷達(dá)，或者先打到目標(biāo)，然后在反射到內(nèi)墻面，最后反射回接收雷達(dá)， 這都就會(huì)造成多徑假目標(biāo)的產(chǎn)生，因?yàn)殡姶挪ㄔ诿恳淮螇γ娣瓷鋾r(shí)強(qiáng)度都會(huì)衰減，所以二 次及高次多徑強(qiáng)度都很弱，通常只考慮一次多徑。多徑假目標(biāo)會(huì)導(dǎo)致虛警，嚴(yán)重影響穿墻雷 達(dá)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。
[0003] 國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)開展了密閉空間一次多徑干擾抑制方法的研究。電子科技大 學(xué)提出了一種基于子孔徑成像的多徑抑制方法(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.)，它利用多徑的位置隨著雷達(dá)位置的改變而改 變這個(gè)特性，選取不同位置的子孔徑進(jìn)行成像，最后將這些子孔徑圖像融合在一起達(dá)到多 徑抑制的目的。美國(guó)維拉諾瓦大學(xué)提出了一種基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的多徑抑制方法(Setlur P， Alii G,Nuzzo L.Multipath exploitation in through-wall radar imaging via point spread functions[J]. IEEE Transaction on Image Processing. 2013 ·)，它把多徑假目 標(biāo)的值疊加到與它關(guān)聯(lián)的真實(shí)目標(biāo)上，在抑制多徑的同時(shí)能夠提高目標(biāo)位置的信雜比。上 述方法只能夠應(yīng)對(duì)單目標(biāo)場(chǎng)景，或者多徑與目標(biāo)之間不存在重疊的場(chǎng)景，當(dāng)處理存在目標(biāo) 與多徑假目標(biāo)重疊的多目標(biāo)場(chǎng)景時(shí)，上述方法會(huì)造成多徑假目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的真實(shí)目標(biāo)丟失， 出現(xiàn)漏警。因此，研究密閉空間中存在重疊現(xiàn)象的多目標(biāo)多徑干擾抑制方法在穿墻雷達(dá)成 像領(lǐng)域具有重要的價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑 制方法，首先通過門限檢測(cè)將原始雷達(dá)圖像進(jìn)行二值化，使用連通域檢測(cè)方法對(duì)該二值化 圖像進(jìn)行連通域檢測(cè)得到連通域向量，基于多徑的產(chǎn)生原理使用相似度方法分析該連通域 向量中兩兩元素間的關(guān)聯(lián)性，判斷出目標(biāo)區(qū)域和多徑區(qū)域，最后在保留目標(biāo)的同時(shí)將多徑 假目標(biāo)剔除，從而實(shí)現(xiàn)了多徑抑制。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法， 包括：
[0006] S1、連通區(qū)域檢測(cè)，根據(jù)設(shè)置的第一門限對(duì)原始雷達(dá)圖像進(jìn)行門限檢測(cè)得到二元 圖像，對(duì)二元圖像進(jìn)行4-連通檢測(cè)，并標(biāo)記二元圖像中的所有的N個(gè)連通域，按照平均坐標(biāo) 值到陣列中心的歐式距離由小到大對(duì)所有的N個(gè)連通域進(jìn)行排序，得到一個(gè)連通域向量； [0007] S2、構(gòu)造相似度矩陣，將步驟S1得到的連通域向量分成兩組，得到第一向量與第二 向量;根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理對(duì)第一向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距 離信息的第三向量;根據(jù)雷達(dá)的直接回波傳輸路徑對(duì)第二向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含直接回 波傳輸距離信息的第四向量;根據(jù)相似度函數(shù)計(jì)算得到第三向量與第四向量的相似度矩 陣；
[0008] S3、元素判決及多徑抑制，根據(jù)第二門限判定相似度矩陣中的所有元素，得到目標(biāo) 區(qū)域。
[0009] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述將步驟S1得到的所有連通域向量分成兩組，具體為:所述 第一向量為按照各個(gè)連通域的平均坐標(biāo)到陣列中心的歐式距離由小到大的順序連續(xù)地在 連通域向量中取連通域，所述第二向量為按照平均坐標(biāo)值到陣列中心的歐式距離由大到小 的順序連續(xù)地在連通域向量中取連通域，所述第一向量與第二向量所取連通域個(gè)數(shù)相等， 記為Υ大于連通域向量中總的連通域個(gè)數(shù)的一半，并且小于總的連通域個(gè)數(shù)。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述的根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理對(duì)第一向量進(jìn)行擴(kuò)展， 得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距離信息的第三向量;具體為:計(jì)算第一向量中每個(gè)連通域的 平均坐標(biāo)到K個(gè)雷達(dá)位置的側(cè)墻一次多徑傳輸距離，每個(gè)連通域得到的K個(gè)距離值組成一個(gè) 向量ri; i = 1，2，3···，N、根據(jù)Μ個(gè)向量η得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距離信息的第三向量。
[0011] 步驟S2中所述的根據(jù)雷達(dá)的直接回波傳輸路徑對(duì)第二向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含直 接回波傳輸距離信息的第四向量;具體為:計(jì)算第二向量中每個(gè)連通域的平均坐標(biāo)到K個(gè)雷 達(dá)位置的直接回波距離，每個(gè)連通域得到的K個(gè)距離值組成一個(gè)向量打'；V = 1，2，3···，Y， 根據(jù)Μ個(gè)向量Γι〃得到包含Y個(gè)直接回波傳輸距離信息的第四向量。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述的根據(jù)相似度函數(shù)計(jì)算得到第三向量與第四向量的相似 度矩陣，具體為:根據(jù)相似度函數(shù)定義，第三向量與第四向量的相似度矩陣表達(dá)式為：
[0014] 其中，sinKri，;^ 2)表示計(jì)算向量ri和V 2之間相似度的相似度計(jì)算函數(shù)，其取值范 圍為[0，1]。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S3所述根據(jù)第二門限判定相似度矩陣中的所有元素，得到目標(biāo)區(qū) 域，具體為：
[0016] A1、對(duì)相似度矩陣S進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)多徑回波路徑始終長(zhǎng)于目標(biāo)回波路徑的特 點(diǎn)，將相似度矩陣S中的上三角元素全部置零，得到一個(gè)下三角矩陣f
[0018] A2、將矩陣S'中的所有非零元素按照取值從大到小依次放入行向量Sv:

[0020] A3、假如只考慮側(cè)墻一次多徑的影響，那么對(duì)于連通域向量D中的N個(gè)元素，最多存 在N-1個(gè)目標(biāo)，因此選取向量Sv中的前N-1個(gè)元素用來計(jì)算用于相似度檢測(cè)的第二門限；
[0021] A4、將矩陣S'中大于第二門限的元素提取出來，并對(duì)提取出的元素按照以下步驟 進(jìn)行判決：
[0022] B1、如果Sim(rk，rV)高于門限值，且矩陣S'中不存在第一個(gè)自變量為〇的元素， 則將rk對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑區(qū)域；
[0023] 132、如果同時(shí)存在8；[111(^，1'/[/)和8；[111(1' 1)，1'%0高于門限值，且1'/1/與1'1)對(duì)應(yīng)相同的 連通域;根據(jù)s im(rk，r7 p0將rk對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將r7 [/對(duì)應(yīng)的連通域判定為 多徑區(qū)域;然后根據(jù)將&對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將對(duì)應(yīng)的連通域 判定為多徑區(qū)域;最終得到rk對(duì)應(yīng)的連通域與rV對(duì)應(yīng)的連通域均為目標(biāo)區(qū)域，V 對(duì)應(yīng)的 連通為多徑區(qū)域；
[0024] B3、當(dāng)矩陣S'中所有高于第二門限的元素判定完成之后，將判定為目標(biāo)區(qū)域的連 通域保留，同時(shí)將判定為多徑區(qū)域的連通域置零，得到抑制了多徑的后的二值化圖像If (·);最后把原始圖像1。（ ·）與IK ·)進(jìn)行乘法圖像融合得到一幅保留所有目標(biāo)并且消除 了多徑的雷達(dá)圖像Ifirml( ·)。
[0025] 更進(jìn)一步地，所述第二門限的計(jì)算式如下：
[0027] 其中，j'=1，2,3···Ν_1。
[0028] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方 法，首先利用4連通域檢測(cè)方法從二元原始雷達(dá)圖像中提取出所有連通域;然后對(duì)所有連通 域編號(hào)并依照它們的平均坐標(biāo)離雷達(dá)陣列中心的歐式距離升序排序得到連通域向量;接著 把連通域向量元素重組成兩個(gè)子向量，分別按照到雷達(dá)的多徑傳輸路徑和直接回波傳輸路 徑對(duì)這兩個(gè)子向量進(jìn)行擴(kuò)展;然后利用相似度函數(shù)計(jì)算兩個(gè)子向量的相似度矩陣；最后使 用相似度門限及判決規(guī)則的方法判定相似度矩陣的所有元素，得到真實(shí)目標(biāo)所在的連通域 并將多徑假目標(biāo)抑制掉。本發(fā)明的方法能夠有效識(shí)別雷達(dá)圖像中的真實(shí)目標(biāo)和它們的一階 側(cè)墻多徑假目標(biāo)，在抑制多徑假目標(biāo)的同時(shí)不會(huì)造成真實(shí)目標(biāo)的丟失。相比于現(xiàn)有技術(shù)中 的多徑抑制方法，本發(fā)明能夠防止正常信噪比條件下目標(biāo)的丟失，形成高質(zhì)量的雷達(dá)圖像， 保證了穿墻雷達(dá)在密閉建筑物探測(cè)環(huán)境中的實(shí)用效果，為操作人員做出正確的決策提供了 有力的保障。
【附圖說明】
[0029] 圖1為側(cè)墻一次多徑抑制方法處理流程圖。
[0030] 圖2為側(cè)墻一次多徑穿墻傳播示意圖。
[0031] 圖3為【具體實(shí)施方式】中仿真場(chǎng)景示意圖。
[0032] 圖4為【具體實(shí)施方式】中原始雷達(dá)仿真圖像。
[0033] 圖5為【具體實(shí)施方式】中4連通域檢測(cè)及標(biāo)記結(jié)果圖。
[0034] 圖6為【具體實(shí)施方式】中多徑抑制后二值化雷達(dá)圖像。
[0035] 圖7為【具體實(shí)施方式】中最終結(jié)果圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)一 步闡釋。
[0037] 如圖1所示為本發(fā)明的處理流程圖，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種穿墻雷達(dá)成像后多 目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，包括：
[0038] S1、連通區(qū)域檢測(cè)，根據(jù)設(shè)置的第一門限對(duì)原始雷達(dá)圖像進(jìn)行門限檢測(cè)得到二元 圖像，對(duì)二元圖像進(jìn)行4-連通檢測(cè)，并標(biāo)記二元圖像中的所有連通域，按照平均坐標(biāo)值到陣 列中心的歐式距離由小到大對(duì)所有連通域進(jìn)行排序，得到一個(gè)連通域向量。
[0039]設(shè)置第一門限THb，用THb對(duì)原始雷達(dá)圖像1。（ ·）進(jìn)行門限檢測(cè)得到二元圖像Ib (·)，對(duì)Ib( ·)進(jìn)行4-連通（同一像素在上、下、左、右四個(gè)方向有連通)檢測(cè)，并標(biāo)記圖像Ib (·)中的所有連通域。假設(shè)有N個(gè)連通域，計(jì)算每個(gè)連通域的平均坐標(biāo)(W,)，= …，， 并按照平均坐標(biāo)值到陣列中心的歐式距離由小到大對(duì)所有連通域進(jìn)行排序，將排好序的連 通域以符號(hào)〇1-〇〃進(jìn)行編號(hào)，得到一個(gè)連通域向量0=[01，02，"_，0"。
[0040] S2、構(gòu)造相似度矩陣，將步驟S1得到的連通域向量分成兩組，得到第一向量與第二 向量;根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理對(duì)第一向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距 離信息的第三向量;根據(jù)雷達(dá)的直接回波傳輸路徑對(duì)第二向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含直接回 波傳輸距離信息的第四向量;根據(jù)相似度函數(shù)計(jì)算得到第三向量與第四向量的相似度矩 陣。多徑穿墻傳播如圖2所示，第三向量即由虛線表示的一階多徑，第四向量即由實(shí)現(xiàn)表示 的直接路徑。
[0041] 將連通域向量D分成兩組，具體為:所述第一向量為按照各個(gè)連通域的平均坐標(biāo)值 到陣列中心的歐式距離由小到大的順序連續(xù)地在連通域向量中取連通域，所述第二向量為 按照平均坐標(biāo)值到陣列中心的歐式距離由大到小的順序連續(xù)地在連通域向量中取連通域， 所述第一向量與第二向量所取連通域個(gè)數(shù)相等，且第一向量或第二向量所取連通域的個(gè)數(shù) Y大于連通域向量中總的連通域個(gè)數(shù)的一半，并且小于總的連通域個(gè)數(shù)。假設(shè)第一組中包 含元素 Di-Dn-i，用向量T = [Di，D2，…，Dn-i ]表示，即用T表示第一向量;第二組包含元素 D2_Dn， 用向量M= [D2，D3，…，Dn]表示，其中Dj代表第j個(gè)連通域，即用Μ表示第二向量;且第一向量T 與第二向量11所取連通域個(gè)數(shù)相等，記為Μ個(gè)，即在本實(shí)施例中Μ = Ν-1。
[0042]接下來將向量T和Μ進(jìn)行擴(kuò)展;首先，根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理，計(jì)算向量T中 每個(gè)元素所代表的連通域的平均坐標(biāo)到各個(gè)雷達(dá)之間的側(cè)墻一次多徑傳輸距離。如:對(duì)于 向量τ中第i個(gè)連通域來說，它的平均坐標(biāo)為(1，又）。假設(shè)雷達(dá)總數(shù)為Κ，第k個(gè)雷達(dá)的位置坐 標(biāo)為( XRk，0)，則這個(gè)雷達(dá)到該連通域的多徑傳輸距離為：
[0044] 其中，d和ε分別為前墻厚度以及相對(duì)介電常數(shù)，XwR表的是左側(cè)墻內(nèi)表面的橫坐 標(biāo)值，Axe為電磁波在從側(cè)墻反射回接收雷達(dá)時(shí)在前墻中發(fā)生的水平偏移值，△ XT為電磁波 從目標(biāo)反射回接收雷達(dá)時(shí)在前墻中發(fā)生的水平偏移值，天:表示向量T中第i個(gè)連通域的平均 橫坐標(biāo)，義.表示向量T中第i個(gè)連通域的平均縱坐標(biāo)，XRk表示第k個(gè)雷達(dá)的橫坐標(biāo)，k = 1，2， 3， · · · ，K〇
[0045] 這樣Τ中每個(gè)連通域?qū)?yīng)Κ個(gè)雷達(dá)就有Κ個(gè)距離值，將第i個(gè)連通域計(jì)算得到的Κ個(gè) 距離值放進(jìn)向量^中。對(duì)Τ中的每一個(gè)連通域都進(jìn)行這樣的距離計(jì)算后，得到一個(gè)包含側(cè)墻 一次多徑傳輸距離信息的向量f，1^的維度為1 X (N-l)K，將f表示如下：
[0047]其次，計(jì)算Μ中的每個(gè)連通域的平均坐標(biāo)到K個(gè)雷達(dá)的直接回波距離，其中直接回 波距離的計(jì)算公式為：
[0049] 其中，5表示向量Μ中第i/個(gè)連通域的平均橫坐標(biāo)，JV表示向量Μ中第i/個(gè)連通域 的平均縱坐標(biāo)。
[0050] 同樣地，對(duì)Μ中的每一個(gè)元素都進(jìn)行這樣的距離計(jì)算后得到一個(gè)包含直接回波傳 輸距離信息的向量W的維度為1 X (N-l)K，將，表示如下：
[0052]定義任意兩個(gè)向量X和y的相似度函數(shù)為：
[0054]其中，J代表向量中元素的個(gè)數(shù)。
[0055]基于這個(gè)相似度函數(shù)，f和W之間的相似度矩陣可以表示為：
[0057]由于多徑回波路徑始終長(zhǎng)于目標(biāo)回波路徑，那么可將相似度矩陣S中的上三角元 素全部置零，得到一個(gè)下三角矩陣： ~乂一/一 J\ A
A _
[0059] S3、元素判決及多徑抑制，根據(jù)第二門限判定相似度矩陣中的所有元素，得到目標(biāo) 區(qū)域。
[0060] 為了便于后續(xù)分析，將矩陣S'的所有非零元素按照取值由大到小依次放入行向量 Sv：
[0062]假如只考慮側(cè)墻一次多徑的影響，那么對(duì)于連通域向量D中的N個(gè)元素，最多存在 N-1個(gè)目標(biāo)，因此選取向量Sv中的前N-1個(gè)元素用來計(jì)算用于相似度檢測(cè)的第二門限THsim， 第二門限的計(jì)算公式為：
[0064] 其中，太=1，2,3…N-1。
[0065] 將相似度矩陣f中大于第二門限的元素提取出來，對(duì)這些提取出來的元素按照下 面的判決規(guī)則進(jìn)行判決。
[0066] B1、如果Sim(rk，rV)高于門限值，且矩陣S'中不存在第一個(gè)自變量為〇的元素， 則將r k對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑區(qū)域；
[0067] 132、如果同時(shí)存在8；1111(^，1'/[/)和8；[111(1'1)，1'%0高于門限值，且1' /1/與1'1)對(duì)應(yīng)相同的 連通域，即對(duì)應(yīng)的是連通域向量D中的同一個(gè)連通域;根據(jù)^^(^，^。將^對(duì)應(yīng)的 連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑區(qū)域;然后根據(jù) 對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將V 對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑區(qū)域;最終得到rk、rV各自 對(duì)應(yīng)的連通域均為目標(biāo)區(qū)域，V 對(duì)應(yīng)的連通為多徑區(qū)域；
[0068] B3、當(dāng)矩陣S'中所有高于第二門限的元素判定完成之后，將判定為目標(biāo)區(qū)域的連 通域保留，同時(shí)將判定為多徑區(qū)域的連通域置零，得到抑制了多徑后的二值化圖像IK ·); 最后把原始圖像1。（ ·）與If( ·)進(jìn)行乘法圖像融合得到一幅保留所有目標(biāo)并且消除了多徑 的雷達(dá)圖像Ifinai( ·)。
[0069] 下面根據(jù)一個(gè)MATLAB仿真例子給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0070] 對(duì)存在多個(gè)目標(biāo)的待探測(cè)區(qū)域，其仿真場(chǎng)景如圖3所示，坐標(biāo)系零點(diǎn)位于前墻前表 面的中心位置，31個(gè)收發(fā)共置雷達(dá)緊貼前墻放置，相鄰兩個(gè)雷達(dá)之間的水平間隔為0.1m，雷 達(dá)的發(fā)射信號(hào)為中心頻率1.5GHz、帶寬1GHz的步進(jìn)頻信號(hào)，頻率步進(jìn)為2MHz。房間內(nèi)表面的 長(zhǎng)度和寬度均為6m，四面墻的厚度與相對(duì)介電常數(shù)相等且為0.24m和7.6。三個(gè)目標(biāo)分別位 于(-0.5，3.0)m、（-1.5，4.0 )m和(-2.4，3.9 )m處，值得注意的是目標(biāo)3與目標(biāo)1的側(cè)墻一次多 徑重合，原始雷達(dá)仿真圖像如圖4所示。
[0071] S1、使用門限THb對(duì)原始雷達(dá)仿真圖像進(jìn)行二值化檢測(cè)，門限值取為雷達(dá)圖像最大 值像素點(diǎn)值的0.4倍，在這里它的取值為1.9134。門限檢測(cè)后得到二值化的圖像I b( ·)如圖 5所示。通過4-連通域檢測(cè)的方法對(duì)圖像Ib( ·)進(jìn)行檢測(cè)并將所有連通域標(biāo)記，可以得到五 個(gè)連通域，其中，連通域1包含104個(gè)像素點(diǎn)，這些像素點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(-3.1，4.065)111，（-3.085，4.065 )nr·· (-3.055，4.245 )m，然后根據(jù)這些像素點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算求得連通域1的均值坐 標(biāo)為(_3.085,4.14)111，根據(jù)仿真場(chǎng)景示意圖所建立的坐標(biāo)系，雷達(dá)陣列中心位于(0,0)111，那 么可以求得連通域1到雷達(dá)陣列中心點(diǎn)的距離為5.1630m。同理，可以得到其他連通域的坐 標(biāo)均值與到雷達(dá)陣列中心的距離，如表1所示：
[0072] 表1其他連通域的坐標(biāo)均值與到雷達(dá)陣列中心的距離
[0074]將所有連通域按照其平均坐標(biāo)到雷達(dá)陣列中心的歐式距離由小到大進(jìn)行排序，得 到五個(gè)連通域，依次編號(hào)為Di-Ds，如圖5所示。然后將這些連通域標(biāo)號(hào)放進(jìn)一個(gè)連通域向量D 中。則有下面的對(duì)應(yīng)關(guān)系:Di對(duì)應(yīng)連通域5，D2對(duì)應(yīng)連通域4，D3對(duì)應(yīng)連通域3，D4對(duì)應(yīng)連通域1， D5對(duì)應(yīng)連通域2。
[0075] S2、將向量D分成向量T和向量Μ，其中向量T包含連通域DX-D4，向量Μ包含連通域D2- D5。對(duì)向量T進(jìn)行擴(kuò)展，計(jì)算T中的每一個(gè)連通域的中心坐標(biāo)到31個(gè)雷達(dá)的側(cè)墻一次多徑傳 輸距離。這樣T的每一個(gè)元素就擴(kuò)展成了一個(gè)1 X 31維的向量ri，i = 1，2，3，4，擴(kuò)展之后的向 量記作f = [ Γ1Γ2Γ3Γ4]。同理，對(duì)向量Μ進(jìn)行擴(kuò)展，計(jì)算Μ中的每一個(gè)連通域的中心坐標(biāo)到31 個(gè)雷達(dá)的直接路徑傳輸距離，則Μ的每一個(gè)元素也擴(kuò)展成了一個(gè)1 X 31維的向量V i，i = 2， 3，4，5，M向量擴(kuò)展之后記作，=[V Y 4]。根據(jù)前面定義的相似度函數(shù)對(duì)向量f和， 進(jìn)行相似度計(jì)算，并且得到一個(gè)4 X 4維的相似度矩陣S，S的值如表2所示：
[0076]表2相似度矩陣S的值
[0078]因?yàn)槟繕?biāo)的多徑傳播距離總是長(zhǎng)于它的直接路徑傳播距離，則相似度矩陣S中對(duì) 角線以上的元素全部近似為0后得到一個(gè)下三角矩陣的值如表3所示：
[0079] 表3矩陣S'的值
[0081] S3、元素判決及多徑抑制
[0082] 將下三角矩陣f中的元素按值的大小進(jìn)行降序排序得到一個(gè)IX 10維的行向量 Sv,
[0084] 然后對(duì)該向量的前4個(gè)元素進(jìn)行求均值計(jì)算后得到相似度檢測(cè)門限THsim的值為 0.8932，將矩陣S'中大于門限^心的元素提取出來，它們依次為0.9840、0.9150和0.8990。 所對(duì)應(yīng)的連通域相似度函數(shù)為sinKn，;^ 5)和sinKn，:^ 4)，由判決準(zhǔn)則可得連 通域D^DdPDs為真實(shí)目標(biāo)，D4PD5分別為連通域D#PD2的側(cè)墻一次多徑假目標(biāo)，連通域〇4勺 側(cè)墻一次多徑假目標(biāo)與連通域D3重合。經(jīng)過多徑抑制后的二值化雷達(dá)圖像如圖6所示，原始 雷達(dá)仿真圖像與多徑抑制后的二值化雷達(dá)圖像的非相干融合結(jié)果如圖7所示。
[0085] 由仿真結(jié)果可知，本發(fā)明提供的適用于穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制 方法不僅能夠有效剔除多徑，而且不會(huì)造成目標(biāo)的丟失，驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性和有效性。 [0086]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的 任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征在于，包括： 51、 連通區(qū)域檢測(cè)，根據(jù)設(shè)置的第一口限對(duì)原始雷達(dá)圖像進(jìn)行口限檢測(cè)得到二元圖像， 對(duì)二元圖像進(jìn)行4-連通檢測(cè)，并標(biāo)記二元圖像中的所有的N個(gè)連通域，按照平均坐標(biāo)值到陣 列中屯、的歐式距離由小到大對(duì)所有的N個(gè)連通域進(jìn)行排序，得到一個(gè)連通域向量； 52、 構(gòu)造相似度矩陣，將步驟S1得到的連通域向量分成兩組，得到第一向量與第二向 量;根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理對(duì)第一向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距離 信息的第Ξ向量;根據(jù)雷達(dá)的直接回波傳輸路徑對(duì)第二向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含直接回波 傳輸距離信息的第四向量;根據(jù)相似度函數(shù)計(jì)算得到第Ξ向量與第四向量的相似度矩陣； 53、 元素判決及多徑抑制，根據(jù)第二口限判定相似度矩陣中的所有元素，得到目標(biāo)區(qū) 域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征 在于，步驟S2中所述將步驟S1得到的連通域向量分成兩組，具體為:所述第一向量為按照平 均坐標(biāo)值到陣列中屯、的歐式距離由小到大的順序連續(xù)地在連通域向量中取連通域，所述第 二向量為按照平均坐標(biāo)值到陣列中屯、的歐式距離由大到小的順序連續(xù)地在連通域向量中 取連通域，所述第一向量與第二向量所取連通域個(gè)數(shù)相等，記為滬，滬大于連通域向量中總 的連通域個(gè)數(shù)的一半，并且小于總的連通域個(gè)數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征 在于，步驟S2中所述的根據(jù)側(cè)墻一次多徑的形成原理對(duì)第一向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含側(cè)墻 一次多徑傳輸距離信息的第Ξ向量;具體為:計(jì)算第一向量中每個(gè)連通域的平均坐標(biāo)到K個(gè) 雷達(dá)位置的側(cè)墻一次多徑傳輸距離，每個(gè)連通域得到的K個(gè)距離值組成一個(gè)向量ri;i = l， 2,3···，Ν/，根據(jù)妒個(gè)向量ri得到包含側(cè)墻一次多徑傳輸距離信息的第Ξ向量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征 在于，步驟S2中所述的根據(jù)雷達(dá)的直接回波傳輸路徑對(duì)第二向量進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含直接 回波傳輸距離信息的第四向量;具體為:計(jì)算第二向量中每個(gè)連通域的平均坐標(biāo)到K個(gè)雷達(dá) 位置的直接回波距離，每個(gè)連通域得到的K個(gè)距離值組成一個(gè)向量ri'/ =1，2,3···，Ν/，根 據(jù)妒個(gè)向量η' /得到包含滬個(gè)直接回波傳輸距離信息的第四向量。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征 在于，步驟S2中所述的根據(jù)相似度函數(shù)計(jì)算得到第Ξ向量與第四向量的相似度矩陣，具體 為:根據(jù)相似度函數(shù)定義，第Ξ向量與第四向量的相似度矩陣表達(dá)式為：其中，sim(ri，r/2)表示計(jì)算向量ri和之間相似度的相似度計(jì)算函數(shù)，其取值范圍為 [〇，1]。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特征 在于，步驟S3所述根據(jù)第二口限判定相似度矩陣中的所有元素，得到目標(biāo)區(qū)域，具體為： A1、對(duì)相似度矩陣S進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)多徑回波路徑始終長(zhǎng)于目標(biāo)回波路徑的特點(diǎn)，將 相似度矩陣s中的上Ξ角元素全部置零，得到一個(gè)下Ξ角矩陣S/A2、將矩陣S/中的所有非零元素按照取值從大到小依次放入行向量Sv:A3、假如只考慮側(cè)墻一次多徑的影響，那么對(duì)于連通域向量D中的N個(gè)元素，最多存在N- 1個(gè)目標(biāo)，因此選取向量Sv中的前N-1個(gè)元素用來計(jì)算用于相似度檢測(cè)的第二口限； A4、將矩陣S/中大于第二口限的元素提取出來，并對(duì)提取出的元素按照W下步驟進(jìn)行 判決： B1、如果sim(rk，rV )高于口限值，且矩陣少中不存在第一個(gè)自變量為。的元素，則將η 對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑區(qū)域； B2、如果同時(shí)存在sim(rk，rV )和sim(rp,;r%')高于口限值，且rV與。對(duì)應(yīng)相同的連通 域;根據(jù)sim(rk，rV)將η對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定為多徑 區(qū)域;然后根據(jù)sim(rp，rV)將。對(duì)應(yīng)的連通域判定為目標(biāo)區(qū)域，將rV對(duì)應(yīng)的連通域判定 為多徑區(qū)域;最終得到η對(duì)應(yīng)的連通域與rV對(duì)應(yīng)的連通域均為目標(biāo)區(qū)域，rV對(duì)應(yīng)的連通 為多徑區(qū)域； B3、當(dāng)矩陣S/中所有高于第二口限的元素判定完成之后，將判定為目標(biāo)區(qū)域的連通域 保留，同時(shí)將判定為多徑區(qū)域的連通域置零，得到抑制了多徑后的二值化圖像If( ·);最后 把原始圖像1。（ ·）與If( ·)進(jìn)行乘法圖像融合得到一幅保留所有目標(biāo)并且消除了多徑的雷 達(dá)圖像Ifinal( ·)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種穿墻雷達(dá)成像后多目標(biāo)側(cè)墻一次多徑抑制方法，其特 征在于，所述第二口限的計(jì)算式如下：其中，j'=l，2,3…N-1。
【文檔編號(hào)】G01S13/88GK106093933SQ201610698090
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月22日 公開號(hào)201610698090.5, CN 106093933 A, CN 106093933A, CN 201610698090, CN-A-106093933, CN106093933 A, CN106093933A, CN201610698090, CN201610698090.5
【發(fā)明人】崔國(guó)龍, 郭世盛, 劉健強(qiáng), 盧金偉, 王明陽(yáng), 孔令講, 楊曉波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)