阅读说明：本技术 一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法 (Through-wall imaging method for inhibiting clutter interference of wall body ) 是由 孙永强 胡甫 杨来法 陶进 陆贝儿 叶兵 熊保春 孔荣花 闫朝耀 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法,包括有回波建模、抑制天线耦合干扰、回波离散化、计算回波、迭代杂波抑制处理、平滑后的数据熵值,所述回波离散化包括穿墙雷达使用多收多发天线,经收发天线组合后可以形成等效天线阵元,对于每一个天线阵元,在时间域进行离散化采样后,形成采样点,本发明中,可有效降低墙体回波对穿墙成像雷达的干扰,极大提高穿墙成像雷达的成像质量,改变以往的空域滤波方法、背景对消法和基于熵的杂波抑制法方式复杂,会导致墙体与目标的空间谱在零频附近的公共频带展宽,无法在实际情况下达到理想滤除杂波效果,影响慢速运动目标的探测,对微弱目标存在无法正确提取的问题。(The invention discloses a through-wall imaging method for inhibiting wall clutter interference, which comprises echo modeling, antenna coupling interference inhibition, echo discretization, echo calculation, iterative clutter inhibition processing and a smoothed data entropy value, wherein the echo discretization comprises that a through-wall radar uses a multi-receiving multi-transmitting antenna, an equivalent antenna array element can be formed after the transmitting antenna and the receiving antenna are combined, and each antenna array element is subjected to discretization sampling in a time domain to form a sampling point. The detection of slow moving targets is influenced, and the problem that weak targets cannot be extracted correctly exists.)

一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体为一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法。

背景技术

穿墙成像雷达是一种重要的无损侦测技术，它利用了低频电磁波的穿透特性，通过结合超宽带与合成孔径雷达两项技术，对非金属墙体后的隐藏目标进行侦测，在穿墙成像雷达探测并对墙体后目标成像过程中，因为墙体对电磁波的影响，信号在墙体障碍物内的传播过程中能量发生迅速衰减，由于目标本身仅具有微弱的电磁散射特性，使得所需目标信号往往会被淹没在墙体杂波中，建筑物前后墙体的回波往往会比目标强好几个数量级，引起目标信噪比降低，造成目标漏检或虚警，如何有效滤除非目标回波，提高目标信号检测率，成为墙体后目标成因此，像的关键步骤之一。

现有的主要的解决方法包括空域滤波法、背景对消法、基于熵的抑制法和奇异值分解抑制法等，但这些方法改善抑制效果有一定的局限性，无法很好的解决干扰问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现在的空域滤波法、背景对消法、基于熵的抑制法和奇异值分解抑制法等，但这些方法改善抑制效果有一定的局限性，无法很好的解决干扰问题的缺点，所述一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法具有可有效降低墙体回波对穿墙成像雷达的干扰，极大提高穿墙成像雷达的成像质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法，包括有回波建模、抑制天线耦合干扰、回波离散化、计算回波、迭代杂波抑制处理、平滑后的数据熵值，所述回波离散化包括穿墙雷达使用多收多发天线，经收发天线组合后可以形成等效天线阵元，对于每一个天线阵元，在时间域进行离散化采样后，形成采样点。

优选的，所述抑制天线耦合干扰，通过空域滤波或时域高通滤波的方法进行抑制，滤波器的截至频谱可根据墙***置和探测目标的运动速度自适应进行选择。

优选的，所述进行多次迭代墙体杂波抑制处理，执行次数由成像结果判断，如果滤波成像后墙体残留分量很小，则可以终止迭代。

优选的，所述回波信号的离散化，通过采用快速傅立叶变换进行谐波分析时,需要对采样信号截断并离散化,从而导致频谱泄漏和栅栏效应。

优选的，所述在计算回波数据概率空间时，对其进行拉普拉斯平滑处理。

优选的，所述根据平滑后的数据熵值，计算合适的门限值。

优选的，所述迭代杂波抑制处理，进一步滤除残留墙体杂波。

所述抑制墙体杂波干扰的穿墙成像具体步骤为：

S1、首先通过回波进行建模；

S2、天线耦合杂波信号抑制，穿墙雷达在扫描过程中，由发射天线经过空气耦合到接收天线的信号分量；

S3、回波数据离散化，穿墙成像雷达具有多个发射和接收天线，经过收发天线组合可以形成N个等效天线阵元，对于每一个天线阵元n，在时间域t经过离散化采样后，可以形成M个采样点；

S4、计算回波的概率分布；

S5、基于熵滤除墙体杂波；

S6、迭代深度抑制处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法，可有效降低墙体回波对穿墙成像雷达的干扰，极大提高穿墙成像雷达的成像质量，改变以往的空域滤波方法、背景对消法和基于熵的杂波抑制法方式复杂，会导致墙体与目标的空间谱在零频附近的公共频带展宽，无法在实际情况下达到理想滤除杂波效果，影响慢速运动目标的探测，对微弱目标存在无法正确提取的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于抑制墙体杂波干扰的穿墙成像方法，包括有回波建模、抑制天线耦合干扰、回波离散化、计算回波、迭代杂波抑制处理、平滑后的数据熵值，其特征在于：回波离散化包括穿墙雷达使用多收多发天线，经收发天线组合后可以形成N个等效天线阵元，对于每一个天线阵元n，在时间域t进行离散化采样后，形成M个采样点。

抑制天线耦合干扰，通过空域滤波或时域高通滤波的方法进行抑制，滤波器的截至频谱可根据墙***置和探测目标的运动速度自适应进行选择。

进行多次迭代墙体杂波抑制处理，执行次数由成像结果判断，如果滤波成像后墙体残留分量很小，则可以终止迭代。

回波信号的离散化。

在计算回波数据概率空间时，对其进行拉普拉斯平滑处理。

根据平滑后的数据熵值，计算合适的门限值。

迭代杂波抑制处理，进一步滤除残留墙体杂波。

所述抑制墙体杂波干扰的穿墙成像具体步骤为：

S1、首先通过回波进行建模，天线接收的回波信号模型表示如下：

e(t，n)＝e_a(t，n)+e_w(t，n)+e_t(t，n)式中，e_a(t，n)为天线耦合信号，e_w(t，n)为前墙体与后墙体的反射信号，为所要得到的目标回波信号。为了实现高输出信杂比，这里就需要滤除掉墙体杂波e_a(t，n)和e_w(t，n)；

S2、天线耦合杂波信号抑制，穿墙雷达在扫描过程中，由发射天线经过空气耦合到接收天线的信号分量，称为天线耦合杂波信号e_a(t)，此回波信号幅值有时甚至超过目标信号，天线耦合杂波具有时间稳定性，不随时间变化，可以通过空域滤波或时域高通滤波的方法进行抑制，滤波器的截至频谱可根据墙***置和探测目标的运动速度自适应进行选择；

S3、回波数据离散化；穿墙成像雷达具有多个发射和接收天线，经过收发天线组合可以形成N个等效天线阵元，对于每一个天线阵元n，在时间域t经过离散化采样后，可以形成M个采样点，则经过离散化处理之后，回波信号式子变为：

a_mn＝(m＝1，2，...，M，n＝1，2，...，N)为第n处天线阵元的第m个采样点接收到的回波信号强度。

S4、计算回波的概率分布，在a_mn回波数据离散情况下，P(a_mn)的概率可通过下式计算：

由于回波信号较弱，假如某个分量在训练集中未出现观测采样，即该分量的概率估计值为0，而当某一处的离散信源数值等于或趋近于零时，则整体回波信号熵值的计算就会出现异常。我们提出一种拉普拉斯平滑的概率计算方法为：

根据概率公式，可以计算得到信息熵为：

S5、基于熵滤除墙体杂波；由于墙体回波的不确定度相对于目标信号的不确定度较大，因此墙体回波熵值较大，而目标信号熵值较小，这样可以通过设定门限来消除墙体杂波，即：

a_F1(m，n)＝F(m)×a(m，n)

其中F₁为滤波系数，其大小于信息熵有关，在此给出一种滤波器系数：

其中β为门限调节因子，取值范围为(0，1)

S6、迭代深度抑制处理，为了进一步提高信杂比，可在3.3节的基础上，将a_F1(m，n)中的零值去掉，重新得到矩阵

数据矩阵的维数为M₂×N，(M₂＜＜M)，该矩阵大部分为目标数据，仅包含少量墙体残留杂波，对e₂按照3.2节相似的方法计算概率密度：

和信息熵H_2，m(E)：

并进行滤波处理：

a_F2(m，n)＝F₂(m)×a_F1(m，n)

其中滤波器F₂(m)为：

其中β₂为门限调节因子(可以与3.3相同，也可以不同)，取值范围为(0，1)。

迭代墙体杂波抑制处理可以重复多次执行，执行次数可根据最终成像结果来判断，如果滤波成像后墙体残留分量很小，则可以终止迭代；

经过墙体杂波滤除处理后，可采用常规的合成孔径成像方法进行成像处理，可采用的方法包括：后向投影成像算法、RD成像算法、CS成像算法等。

工作原理：首先将回波信号离散化，然后在计算回波数据概率空间时，对其进行拉普拉斯平滑处理，得到平滑后的数据熵值，设置合适门限值，得到初次滤出杂波的数据，为了提高输出信杂比，再进行迭代杂波抑制处理，进一步滤除残留墙体杂波，最后对处理后的数据进行合成孔径成像处理，得到雷达图像。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物。