CN109597065B - 一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置 - Google Patents

一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置，该方法步骤包括：S1.使用穿墙雷达探测系统对目的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；S2.对第一回波信号进行检测，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对第二回波信号进行检测，得到建筑物内部目标特征信号；S3.将建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警。本发明能够抑制由建筑物内结构特征产生的虚警，且具有实现方法简单、成本低、实时性强、抑制精度及效率高等优点。

Description

一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置
技术领域
本发明涉及穿墙雷达检测技术领域，尤其涉及一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置。
背景技术
利用电磁波的穿透性及传输特性，穿墙雷达可穿过墙体等非金属介质对墙后区域进行探测，通过对墙后区域的回波信号进行一系列数据处理，可探测跟踪多个隐蔽人体目标，因而被广泛应用于城市巷战、反恐斗争、和灾后救援等军事民事领域。在探测过程中，由于电磁波在封闭的建筑物内部传播时会发生各种反射、散射和折射，穿墙雷达系统进行探测时，回波信号不仅包括探测区域中目标信息，还包括建筑物内部的结构特性信息，而建筑物内结构环境的复杂，存在多径效应等影响，导致雷达回波信号中会存在大量的多径干扰，对回波信号进行目标检测时该结构特性信息会产生干扰而产生虚警，即穿墙雷达探测过程中极易产生虚警，而虚警的存在会响建筑物内目标的精确检测和判断，进而影响建筑物内目标的精确检测和判断。
现有技术中针对穿墙雷达检测中的虚警滤除，通常都是基于二维雷达探测方式，如使用合成孔径雷达进行探测，同时基于多成像字典的方式来剔除由建筑物内部结构分布产生的虚警，合成孔径雷达是通过移动雷达位置，利用合成孔径原理来实现对建筑物墙体的成像，基于多成像字典的方式流程通常为：首先根据建筑物结构特征、穿墙雷达离前墙位置以及各反射路径回波，建立目标直接回波字典与多径假目标字典；然后对回波数据，分别使用目标直接回波字典与多径假目标字典进行后向投影成像处理，得到目标空间图像和多径假目标空间图像；最后将目标空间图像和多径假目标空间图像进行非相干融合，实现建筑物内一次多径假目标的抑制。但是上述针对二维雷达探测方式的虚警滤除方式，操作复杂、实时性较差，且需要预先知道建筑物结构特征等信息，无法适应于建筑物结构特征未知的应用场合中，而针对一维穿墙雷达中的虚警滤除目前尚未有有效的方案，通常都难以有效的去除虚警，或能够去除虚警但会同时降低雷达的检测性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、实时性强、抑制精度及效率高的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法、装置，能够有效抑制由建筑物内结构特征产生的虚警。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，步骤包括：
S1.使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
S2.对所述第一回波信号进行检测，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对所述第二回波信号进行检测，得到建筑物内部目标特征信号；
S3.将所述建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1的步骤包括：在待测建筑物外侧固定布置穿墙雷达探测系统，在待测建筑物外侧固定布置基于一维穿墙雷达的穿墙雷达探测系统，通过布置的所述穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，得到回波信号，所述回波信号包括所述第一回波信号、第二回波信号。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中采用CFAR(Constant False-AlarmRate恒虚警率)检测算法进行检测。
作为本发明方法的进一步改进，所述采用CFAR检测算法进行检测的步骤包括：
S21.设定恒虚警概率以及保护窗；
S22.根据各参考单元的值、所述恒虚警概率以及所述保护窗确定门限值；
S23.将回波信号中每个像素点与所述门限值进行比较，得到特征二值化数组的特征信号输出。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S22中具体按照下式确定所述门限值Th：
Figure BDA0001901181590000021
其中，
Figure BDA0001901181590000022
为参考单元均值，且
Figure BDA0001901181590000023
xref(i)为第i个参考单元的值，α为门限乘积因子，且
Figure BDA0001901181590000024
PFA为恒虚警概率，N为参考单元数量。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中使用最大值阈值法对回波信号进行检测，具体步骤包括：查找待检测回波信号的数组中最大值max(x,y)，取最大值的指定倍数a·max(x,y)作为比较阈值，其中0<a<1，将待检测回波信号中每个像素点值与所述比较阈值进行比较，将大于所述比较阈值的像素点值取1，否则取0，特征二值化数组的特征信号输出。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3的步骤包括：将步骤S2得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若所述反射点特征二值化数组Ws与所述目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理。
作为本发明方法的进一步改进：对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理时，具体是将对应元素值重新赋值为0。
一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制装置，包括：
雷达探测模块，用于使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
信号检测模块，用于对所述第一回波信号进行特征提取，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对所述第二回波信号进行特征提取，得到建筑物内部目标特征信号；
虚警滤除模块，用于将所述建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警。
作为本发明装置的进一步改进，所述虚警滤除模块将所述信号检测模块得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若所述反射点特征二值化数组Ws与所述目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过将建筑物内强反射点检测与目标探测相融合，在获得建筑物内部结构特征信号的同时提取探测区域目标回波信号，充分利用建筑物内部强反射点特征信号与目标特征信号两信号之间的特性进行虚假目标抑制，能够有效抑制由建筑物内部结构分布引起的虚警，从而提高目标探测的准确性，解决了建筑物内部由多径效应等引起的虚警问题，能够同时确保雷达探测的性能，且实时性好抑制精度及效率高。
2、本发明通过结合建筑物内强反射点检测，可以有效获取建筑物内部结构分布特征，利用建筑物内部结构分布特征作为参考可以实现准确的虚警判断，从而在未知建筑物结构特征的情况下即可实现虚警抑制功能，可以灵活的应用于各类应用场合中。
3、本发明进行一次探测即可获得建筑物内部强反射点分布特征，可以大大降低操作复杂度，提高探测效率及实时性，同时能够保障雷达实现最佳检测性能，可以适用于对穿墙雷达检测实时性及精度要求较高的应用场合。
附图说明
图1是本实施例用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法的实现流程示意图。
图2是本发明具体应用实施例中得到的雷达回波信号结果示意图。
图3是本发明具体应用实施例中对回波信号进行检测得到的检测结果示意图。
图4是本发明具体应用实施例中得到的匹配后检测结果示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法步骤包括：
S1.使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
S2.对第一回波信号进行特征提取，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对第二回波信号进行特征提取，得到建筑物内部目标特征信号；
S3.将建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警。
使用一维穿墙雷达对建筑物内部探测时，由建筑物内部结构特征引起的强反射点通常会被目标检测出而形成虚警，建筑物内部强反射点即为反射强度大于指定阈值的特征点，本实施例基于一维穿墙雷达探测方式，通过将建筑物内强反射点检测与目标探测相融合，在获得建筑物内部结构特征信号的同时提取探测区域目标回波信号，充分利用建筑物内部强反射点特征信号与目标特征信号两信号之间的特性进行虚假目标抑制，能够有效抑制由建筑物内部结构分布引起的虚警，从而提高目标探测的准确性，解决了建筑物内部由多径效应等引起的虚警问题，能够同时确保雷达探测的性能，且实时性好抑制精度及效率高。
本实施例中，步骤S1的步骤包括：在待测建筑物外侧固定布置基于一维穿墙雷达的穿墙雷达探测系统，通过布置的穿墙雷达探测系统对待测建筑物内部区域进行检测，获取目标区域的回波信号，回波信号包括第一回波信号、第二回波信号。使用穿墙雷达进行探测时，进行一次探测即可获得建筑物内部强反射点分布特征，可以大大降低操作复杂度，提高探测效率及实时性，同时能够保障雷达实现最佳检测性能，可以适用于对穿墙雷达检测实时性及精度要求较高的应用场合。
在具体应用实施例中，步骤S1提取回波信号时，首先利用一维手持式超宽带雷达设备贴墙固定，通过对目标区域直接进行一次检测，获取目标区域回波信号，从而利用穿墙雷达紧贴墙体进行一次探测即可实现虚警抑制功能。
本实施例中，步骤S2中具体采用CFAR检测算法进行检测，即分别采用CFAR检测算法对第一回波信号、第二回波信号进行检测，得到建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号。
本实施例中，采用CFAR检测算法进行特征提取的步骤包括：
S21.设定恒虚警概率以及保护窗；
S22.根据各参考单元的值、恒虚警概率以及保护窗确定门限值；
S23.将回波信号中每个像素点与门限值进行比较，得到特征二值化数组的特征信号。
本实施例中，步骤S22中具体按照下式确定门限值Th：
Figure BDA0001901181590000051
其中，
Figure BDA0001901181590000052
为参考单元均值，且
Figure BDA0001901181590000053
xref(i)为第i个参考单元的值，α为门限乘积因子，且
Figure BDA0001901181590000054
PFA为恒虚警概率，N为参考单元数量。
人体回波和建筑物回波在图像域的差异包括距离向宽度及面积的差异，本实施例通过利用人体回波和建筑物回波在距离向宽度及面积不同特性进行CFAR检测，能够利用人体回波和建筑物回波的差异精确的检测出目标，从而精确的检测出建筑物内部强反射点以及人体目标，且CFAR检测中只需选取合适的窗的大小和宽度，就可以使阈值根据回波强度作出自适应变化，保证每个局部区域中都是最优的检测，能够提高目标检测概率。
在具体应用实施例中，首先通过穿墙雷达探测系统获得含有建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号echos并进行预处理，对预处理后第一回波信号echos进行CFAR(恒虚警)检测，检测时设定恒虚警概率PFA以及左右保护窗：guard_left、guard_right，左右参考窗：refer_left、refer_righ；然后根据参考单元数量N计算门限乘积因子
Figure BDA0001901181590000055
计算参考单元均值
Figure BDA0001901181590000056
后，再按式(1)计算得到估计门限值Th，最后将第一回波信号echos中每个像素点分别与计门限值Th比较得到建筑物内部强反射点的特征二值化数组Ws；穿墙雷达系统探测时获得的含有目标特征信息的第二回波信号echot采用与上述相同步骤得到目标特征二值化数组Wt。
可以理解的是，上述对回波信号进行检测的方法还可以根据实际需求采用其他方法，如使用最大值阈值法，即步骤S2中使用最大值阈值法对回波信号进行检测，具体步骤包括：查找待检测回波信号的数组中最大值max(x,y)，取最大值的指定倍数a·max(x,y)作为比较阈值，其中0<a<1，将待检测回波信号中每个像素点值与所述比较阈值进行比较，将大于所述比较阈值的像素点值取1，否则取0，特征二值化数组的特征信号输出。
本实施例中，步骤S3的步骤包括：将步骤S2得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若反射点特征二值化数组Ws与目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理，完成所有元素的匹配后得到匹配后目标信号，即为滤除虚警目标的目标检测信号，可有效抑制内部结构产生的虚警，提高目标探测的准确性。
本实施例中，对目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理时，具体是将对应元素值重新赋值为0。本实施例具体将得到的建筑物内部强反射点特征二值化数组Ws与目标特征二值化数组Wt对应元素进行匹配，若目标特征二值化数组Wt与建筑物内部强反射点二值化数组Ws对应元素值相等，则令目标特征二值化数组Wt中该元素值重新赋值为0，当然也可以根据实际需求采用其他的滤除方式。
本实施例在具体应用实施例中，首先通过穿墙雷达探测系统对建筑物内部区域进行探测，获取得到建筑物内部强反射点特征信号，同时通过穿墙雷达探测系统获取建筑物内部区域目标特征信号，雷达系统获得的回波数据并经过不同的信号预处理后得到的结果如图2所示，其中图2(a)对应为含有建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号echos，图2(b)对应为含有目标特征信息的第二回波信号echot；然后分别对第一回波信号echos、第二回波信号echot进行检测，检测结果如图3所示，其中图3(a)对应为得到的建筑物内部强反射点特征信号检测结果，图3(b)对应为得到的建筑物内部目标特征信号检测结果；再将得到的建筑物内部目标特征信号与得到的建筑物内部强反射点特征信号进行匹配，得到特征匹配后的目标信号，匹配后结果如图4所示，将匹配后结果作为最终的目标检测信号，从图4中可以看出，经过上述步骤后可以将虚警予以滤除，抑制虚警得到纯净目标探测结果，消除建筑物内结构特征对目标探测的影响。
本实施例进一步提供用于穿墙雷达检测的虚警抑制装置包括：
雷达探测模块，用于使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
信号检测模块，用于对第一回波信号进行特征提取，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对第二回波信号进行特征提取，得到建筑物内部目标特征信号；
虚警滤除模块，用于将建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警。
本实施例中，信号检测模块采用CFAR检测算法进行特征提取，信号检测模块具体包括：
设定单元，用于设定恒虚警概率以及保护窗；
门限确认单元，根据各参考单元的值、恒虚警概率以及保护窗确定门限值；
二值化单元，用于将回波信号中每个像素点与门限值进行比较，得到特征二值化数组的特征信号。
本实施例中，虚警滤除模块将信号检测模块得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若反射点特征二值化数组Ws与目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理。
本实施例用于穿墙雷达检测的虚警抑制装置与上述用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法一一对应，且上述装置可以实现与上述用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法相同的功能，在此不再一一赘述。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，步骤包括：
S1.使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
S2.对所述第一回波信号进行检测，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对所述第二回波信号进行检测，得到建筑物内部目标特征信号；
S3.将所述建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警；
所述步骤S1的步骤包括：在待测建筑物外侧固定布置基于一维穿墙雷达的穿墙雷达探测系统，通过布置的所述穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，得到回波信号，所述回波信号包括所述第一回波信号、第二回波信号。
2.根据权利要求1所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中采用CFAR检测算法进行检测。
3.根据权利要求2所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，所述采用CFAR检测算法进行检测的步骤包括：
S21.设定恒虚警概率以及保护窗；
S22.根据各参考单元的值、所述恒虚警概率以及所述保护窗确定门限值；
S23.将回波信号中每个像素点与所述门限值进行比较，得到特征二值化数组的特征信号输出。
4.根据权利要求3所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，所述步骤S22中具体按照下式确定所述门限值Th：
Figure FDA0003660862860000011
其中，
Figure FDA0003660862860000012
为参考单元均值，且
Figure FDA0003660862860000013
xref(i)为第i个参考单元的值，α为门限乘积因子，且
Figure FDA0003660862860000014
PFA为恒虚警概率，N为参考单元数量。
5.根据权利要求1所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中使用最大值阈值法对回波信号进行检测，具体步骤包括：查找待检测回波信号的数组中最大值max(x,y)，取最大值的指定倍数a·max(x,y)作为比较阈值，其中0<a<1，将待检测回波信号中每个像素点值与所述比较阈值进行比较，将大于所述比较阈值的像素点值取1，否则取0，特征二值化数组的特征信号输出。
6.根据权利要求1～5中任意一种所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，所述步骤S3的步骤包括：将步骤S2得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若所述反射点特征二值化数组Ws与所述目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理。
7.根据权利要求6所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制方法，其特征在于，对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理时，具体是将对应元素值重新赋值为0。
8.一种用于穿墙雷达检测的虚警抑制装置，其特征在于，包括：
雷达探测模块，用于使用穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，分别获取得到包含建筑物内部强反射点特征信息的第一回波信号以及包含目标特征信息的第二回波信号；
信号检测模块，用于对所述第一回波信号进行特征提取，得到建筑物内部强反射点特征信号，以及对所述第二回波信号进行特征提取，得到建筑物内部目标特征信号；
虚警滤除模块，用于将所述建筑物内部强反射点特征信号、建筑物内部目标特征信号进行特征匹配，得到匹配后的目标信号作为最终目标检测信号输出以滤除虚警；
所述雷达探测模块为在待测建筑物外侧固定布置的基于一维穿墙雷达的穿墙雷达探测系统，通过布置的所述穿墙雷达探测系统对待测的建筑物内部区域进行探测，得到回波信号，所述回波信号包括所述第一回波信号、第二回波信号。
9.根据权利要求8所述的用于穿墙雷达检测的虚警抑制装置，其特征在于，所述虚警滤除模块将所述信号检测模块得到的对应建筑物内部强反射点特征信号的反射点特征二值化数组Ws、与对应建筑物内部目标特征信号的目标特征二值数组Wt中对应元素分别进行匹配，若所述反射点特征二值化数组Ws与所述目标特征二值数组Wt中对应元素值相等或相差值在指定范围内，则对所述目标特征二值数组Wt中对应元素值进行滤除处理。
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