具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

如附图1所示，本发明提供了一种雷达信号增强方法，包括以下步骤：

步骤1、采集生命探测雷达的原始雷达回波信号h_b(t)，原始雷达回波信号h_b(t)作为待增强雷达信号；确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段；其中，确定局部信号段的个数及宽度的过程，具体如下：

根据待增强雷达信号的实际采集环境中预估的目标个数及非目标散射体个数，确定局部信号段的个数；其中，局部信号段的个数为待增强雷达信号的实际采集环境中预估的目标个数及非目标散射体个数的总和；根据目标反射的雷达脉冲宽度，确定局部信号段的宽度。

步骤2、根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段；即，在原始雷达回波信号h_b(t)未标记的部分，搜索模最大值，标记该模最大值位置为中心，宽度为w的信号段。

具体过程如下：

S1、初始化已标记的包含局部峰值的信号段的个数P＝0；即，已标记的标记信号段个数P＝0；

S2、若已标记的标记信号段个数P与确定的局部信号段的个数N_LM相同，则返回已标记的标记信号段，结束S2；否则，转至S3。

S3、令P＝P+1，在待增强雷达信号未标记部分中，搜索雷达信号的模最大值；根据确定的局部信号段的宽度w，以当前搜索到的模最大值对应的信号点为中心，对待增强雷达信号未标记部分进行标记，得到当前的标记信号段；其中，当前的标记信号段的起始位置记作结束位置记作

判断新标记的标记信号段与已标记的标记信号是否有重叠，若是则返回S2，若否则返回S3，具体过程如下：

S4、若P＝1，则获取当前的标记信号段后，直接转至S2；其中，当P＝1说明仅标记了一段标记信号段，因此，该已标记的信号段不可能发生重叠，可以直接跳转至S2，判断是否开始下一次搜索标记。

S5、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，满足：1≤p≤P-1；且当前的标记信号段的起始位置记作及结束位置记作满足：且则转至S2；该步骤S5中，表示已标记的P-1个标记信号段均不存在重叠现象；其中，为第p个已标记信号段的起始位置；为第p个已标记信号段的结束位置。

S6、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，存在：1≤p≤P-1，使得则令P＝P-1，并转至S3；该步骤S6中，表示当前标记的第p个标记信号段与已标记的P-1个标记信号段中的某个标记信号段存在重叠，具体的重叠形式为：第p个标记信号段的段首位于第P个标记信号段内。

S7、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，存在：1≤p≤P-1，使得则令P＝P-1，并转至S3；该步骤S7中，表示当前标记的第p个标记信号段与已标记的P-1个标记信号段中的某个标记信号段存在重叠，具体的重叠形式为：第p个标记信号段的段尾位于第P个标记信号段内。

步骤3、根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；具体过程如下：

步骤31、对标记信号段的起止位置按照时间顺序进行标记排序，得到标记信号段的位置时间序列；其中，标记信号段的位置时间序列的表达式为：

其中，为第q个标记信号段的起始位置时间；为第q个标记信号段的结束位置时间。

步骤32、根据标记信号段的位置时间序列，得到待增强雷达信号的分段标记值；其中，待增强雷达信号的分段标记值的表达式为：

其中，为第q个待增强雷达信号的分段标记值；为第q+1个标记信号段的起始位置时间。

步骤33、根据待增强雷达信号的分段标记值，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；其中，分段后的雷达信号共P段，分段后的每一段雷达信号的表达式具体如下：

…，

…，

其中，为待增强雷达信号中第l段雷达信号；为待增强雷达信号中第l段雷达信号第一个点；为待增强雷达信号中第l段雷达信号最后一个点；为待增强雷达信号中第P段雷达信号；为待增强雷达信号中第P段雷达信号第一个点；h_b(t_end)为待增强雷达信号的最后一个点。

假设，待增强雷达信号中共有4096个点，即t_end＝4096；根据步骤31，得到的P个标记段起始位置具体分别为(100，200)，(320，400)，…，(2000,2400),…，(3800，4000)；则当q＝1时，得到进而得到并依此类推，即可得到待增强雷达信号中第P段雷达信号的表达式。

步骤4、采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号；其中，增强后的雷达信号的表达式为：

其中，h_E(t)为增强后的雷达信号；为增强后信号中的第l段雷达信号；max(*)为求最大值操作；||*||为取模操作。

本发明还提供了一种雷达信号增强系统，包括局部信号段模块、标记模块、分段模块及归一化增强模块：

局部信号段模块，用于确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段；

标记模块，用于根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段；

分段模块，用于根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；

归一化增强模块，用于采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号。

本发明还提供了一种雷达信号增强设备，所述的雷达信号增强设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如：雷达信号增强程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述雷达信号增强方法中的步骤，例如：确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段；根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段；根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号。

或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述雷达信号增强设备装置中各模块的功能，例如：局部信号段模块，用于确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段；标记模块，用于根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段；分段模块，用于根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；归一化增强模块，用于采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述雷达信号增强设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成局部信号段模块、标记模块、分段模块及归一化增强模块，各模块具体功能如下：局部信号段模块，用于确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段；标记模块，用于根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段；分段模块，用于根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；归一化增强模块，用于采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号。

所述雷达信号增强设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述雷达信号增强设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述雷达信号增强设备，并不构成对雷达信号增强设备的限定，可以包括比其更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述雷达信号增强设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述雷达信号增强设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个雷达信号增强设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述雷达信号增强设备的各种功能。

所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。

此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明所述的雷达信号增强方法，信号增强的目的是尽可能在不增强非目标散射体的回波的同时，增强目标的回波；本发明中，将信号局部峰值视为可能的目标和电磁反射率较高的非目标散射体反射的脉冲，则包含信号局部峰值的信号段的个数等于预估的可能的目标及非目标散射体的个数总和；原则上，信号段个数不能太小，否则可能无法涵盖(增强)所有的目标回波；同时又不能太大，否则会增强过多的非目标信号。

实施例1

实施例1中以某生命探测雷达的回波信号的增强过程为例。

本实施例1提供了一种雷达信号增强方法，本实施例1所述的雷达信号增强方法的增强对象为一维雷达信号；而生命探测雷达的回波信号为二维矩阵形式，其由多道单次回波组合而成，每道回波即为矩阵的一列；因此，在对生命探测雷达的回波信号进行增强时，每次只处理其中的一列，即一次回波。

具体包括以下步骤：

步骤1、采集生命探测雷达的原始雷达回波信号，通过线性趋势去除方法或指数平均法，去除原始雷达回波信号中的静态背景及平稳杂波，得到待增强雷达信号h_b(t,τ)；其中，t为电磁传播快时间，τ为雷达接收慢时间；确定局部信号段的个数N_LM及宽度w；其中，局部信号段为包含局部峰值的信号段。

本实施例1中，电磁传播快时间离散化为t＝1,2,…,4096，慢时间离散化为τ＝1,2,…,1024；本领域技术人员应当清楚，该电磁传播快时间t和雷达接收慢时间τ可以取其他值；如附图2(a)所示，附图2(a)为实施例中去除静态背景和平稳杂波后的二维信号，即待增强雷达信号的示意图；其中，雷达快时间采样率为f_s＝32GHz，慢时间有效脉冲重复频率为32Hz。

本实施例1中，为增强显示对比度，对待增强雷达信号h_b(t,τ)成像前进行取绝对值操作；其中，t为电磁传播快时间，每个电磁传播快时间单元为通过距离转换公式得到目标与雷达之间的距离；其中，c为电磁波传播速度；τ为雷达接收慢时间，雷达接收慢时间的单位为道，一道即为雷达发生并接收一次回波，在二维矩阵中表示为一列。

本实施例1中，被探测人员(目标)与雷达距离约为1.5m，利用距离转换公式推算得到，目标微弱呼吸信号位于待增强雷达信号h_b(t,τ)的302行及其附近；由附图2(a)可以看出，320行处附近存在亮度近似周期性变化的信号，即附图2(a)的实线框区域；其下方存在整体呈现“波浪形”的亮度交大的非平稳杂波区域，即附图2(a)的短划线框区域；其中，较大的能量集中分布于280-380行、600-680列之间，即附图2(a)的点划线框区域。

本实施例1中，根据待增强雷达信号的实际采集环境中的预估目标个数及非目散射体个数，确定局部信号段的个数；根据目标反射的雷达脉冲宽度及人体胸腔厚度，确定局部信号段的宽度；设定局部信号段的个数N_LM＝6，即认为单次回波中，目标和杂波的总个数不超过6；设定局部信号段的宽度为w＝20；本领域技术人员应当清楚，该局部信号段的个数N_LM及宽度w可以取其他值。

步骤2、根据确定的局部信号段的个数N_LM及宽度w，在待增强雷达信号h_b(t,τ)，τ＝1,2,…,1024中递归寻找局部峰值，并标记包含局部峰值的信号段，得到标记信号段。

具体过程如下：

S1、初始化已标记的包含局部峰值的信号段的个数P＝0；即，已标记的标记信号段个数P＝0；

S2、若已标记的标记信号段个数P与确定的局部信号段的个数N_LM相同，即p＝N_LM；或待增强雷达信号h_b(t,τ)均已被标记，则返回已标记的标记信号段，结束S2；否则，转至S3。

S3、令P＝P+1，在待增强雷达信号未标记部分中，搜索雷达信号的模最大值；根据确定的局部信号段的宽度w，以当前搜索到的模最大值对应的信号点为中心，对待增强雷达信号未标记部分进行标记，得到当前的标记信号段；其中，当前的标记信号段的起始位置记作结束位置记作其中，

判断新标记的标记信号段与已标记的标记信号是否有重叠，若是则返回S2，若否则返回S3，具体过程如下：

S4、若P＝1，则获取当前的标记信号段后，直接转至S2。

S5、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，满足：1≤p≤P-1；且当前的标记信号段的起始位置记作及结束位置记作满足：且则转至S2；

其中，为第p个已标记信号段的起始位置；为第p个已标记信号段的结束位置；

S6、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，存在：1≤p≤P-1，使得则令P＝P-1，并转至S3；

S7、若对于任意的已标记的标记信号段个数p，存在：1≤p≤P-1，使得则令P＝P-1，并转至S3。

步骤3、根据标记信号段，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号，具体过程如下：

步骤31、对标记信号段的起止位置按照时间顺序进行标记排序，得到标记信号段的位置时间序列；其中，标记信号段的位置时间序列的表达式为：

其中，为第q个标记信号段的起始位置时间；为第q个标记信号段的结束位置时间。

步骤32、根据标记信号段的位置时间序列，得到待增强雷达信号的分段标记值；其中，待增强雷达信号的分段标记值的表达式为：

其中，为第q个待增强雷达信号的分段标记值；为第q+1个标记信号段的起始位置时间。

步骤33、根据待增强雷达信号的分段标记值，对待增强雷达信号进行分段，得到分段后的雷达信号；其中，分段后的雷达信号共P段，分段后的每一段雷达信号的表达式具体如下：

…，

…，

其中，其中，为生命探测雷达的待增强雷达信号中第l段雷达信号；为生命探测雷达的待增强雷达信号中第l段雷达信号第一个点；为生命探测雷达的待增强雷达信号中第l段雷达信号最后一个点；为生命探测雷达的待增强雷达信号中第P段雷达信号；为生命探测雷达的待增强雷达信号中第P段雷达信号第一个点；h_b(t_end,τ)为生命探测雷达的待增强雷达信号的最后一个点。

步骤4、采用标记信号段中的局部峰值，对分段后的雷达信号进行归一化处理，得到增强后的雷达信号；其中，增强后的雷达信号的表达式为：

其中，h_E(t,τ)为生命探测雷达的增强后的雷达信号；为生命探测雷达的增强后信号中的第l段雷达信号；max(*)为求最大值操作；||*||为取模操作。

实施例2

实施例2与实施例1原理基本相同，不同之处在于，实施例2中的待增强雷达信号为单次回波；其中，单次回波为即取图2(a)中二维信号的第315列，即h_b(t,315)，形成附图3(a)进行观察，可见第643个快时间单元处为整个回波中能量最大的杂波，即附图3(a)中的虚线框区域为杂波能量集中的范围；第317个快时间单元处为目标信号幅值最大值，即附图3(a)中的实线框区域为目标信号集中的范围，能量远小于强杂波；具体的增强处理过程与实施例1的步骤基本相同，此处不再赘述。

试验结果：

附图2(b)为待增强雷达信号经实施例1所述的方法增强后的示意图，附图3(b)为待增强雷达信号经实施例2所述的方法增强后的示意图；从附图2(b)、附图3(b)中可以看出，虽然目标信号与杂波能量均有增强，但信号与杂波的能量比得到提升，而且杂波下方的无关信号未被过多放大。

本发明的实施例1及实施例2中，设置采用现有的AdvanceNormalization及自动增益控制法作为对比方法，对二维信号的增强效果分别如附图2(c)和附图2(d)所示，对单次回波的增强效果分别如附图3(c)和附图3(d)所示。

从附图2(c)、附图2(d)、附图3(c)及附图3(d)中可以看出，AdvanceNormalization的原理决定了该算法不适用于增强杂波位于目标之后的信号；对本发明实施例1、2中的信号而言，现有的增强方法不仅未能有效增强强杂波上方的信号，且将杂波之后的无关信号明显放大；且自动增益控制的滑窗效应使得其同样容易放大无关信号，应用于探地雷达信号增强时同样存在缺陷。

上述实施例1、2所述的雷达信号增强方法，目标具有一定的脉冲宽度且距杂波较近，由于计算信号增益时基于具有一定宽度的滑窗，所以目标与杂波间隔的小幅值信号会被大幅增强，从而导致杂波与目标的间隔不明显，使得二者难以区分；且不同于其他两种方法，自动增益控制不会自动将不同道回波的幅值归一化到同一范围，因此最终增强的B-scan信号，能量仍集中于少数回波的杂波位置。

本发明所述的雷达弱信号增强方法，首先根据可能的目标和杂波个数及雷达和目标特性等先验设定信号局部峰值段的个数和宽度；再在回波中递归寻找信号峰值，直到标记出的峰值段个数满足预先设定值或回波中信号已全部被标记；最后归一化每相邻两个局部峰值间的信号；能够有针对性地增强目标信号与杂波间的相对幅值，达到改善整体信噪比的目的。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。