CN110632592A - 一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法 - Google Patents

一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法 Download PDF

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Abstract

一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其步骤包括：步骤S1：获取强反射点距离信息；通过手持式一维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信号，求取强反射点距离信息；步骤S2：获取目标点距离信息；通过穿墙雷达同时获取建筑物内部区域目标信号，求取目标点距离信息；步骤S3：特征匹配；将得到的建筑物内部区域目标点信号距离信息与得到的建筑物内部强反射点距离信息进行匹配，得到特征匹配后的目标信号，将虚警予以滤除并统计；步骤S4：结果匹配；将实时目标探测结果与虚警统计结果进行匹配，进一步消除虚警。本发明具有实现方法简单、能够有效抑制由建筑物内部结构分布引起的虚警，且实时性好及效率高的优点。

Description

一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法
技术领域
本发明主要涉及到穿墙雷达技术领域，特指一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法。
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、和灾后救援等众多领域。
由于建筑物内结构环境的复杂，多径效应等影响，极易产生虚警，现有的手持式一维穿墙雷达中所采用的方法很难将虚警去除或去除虚警的同时降低了雷达的检测性能。在探测过程中，由于电磁波在封闭的建筑物内部传播时发生各种反射、散射和折射，导致回波信号中存在大量的多径干扰，从而引起虚警进而影响建筑物内目标的精确检测和判断。
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、能够有效抑制由建筑物内部结构分布引起的虚警、且实时性好及效率高的手持式穿墙雷达的虚警消除方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其步骤包括：
步骤S1：获取强反射点距离信息；
通过手持式一维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信号，求取强反射点距离信息；
步骤S2：获取目标点距离信息；
通过穿墙雷达同时获取建筑物内部区域目标信号，求取目标点距离信息；
步骤S3：特征匹配；
将得到的建筑物内部区域目标点信号距离信息与得到的建筑物内部强反射点距离信息进行匹配，得到特征匹配后的目标信号，将虚警予以滤除并统计；
步骤S4：结果匹配；
将实时目标探测结果与虚警统计结果进行匹配，进一步消除虚警。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S1是通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有建筑物内部强反射点特征信息的回波信号echos，对回波信号进行一维恒虚警检测算法处理。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S1包括：
步骤S101、设定恒虚警概率PA；设定左右保护窗：guard_left、guard_right；左右参考窗：refer_left、refer_right；
步骤S102、计算参考单元数量N，计算门限乘积因子α：
Figure BDA0002218501100000021
步骤S103、计算参考单元均值
Figure BDA0002218501100000022
其中xref(i)表示每个参考单元值。再计算得到估计门限值Th：
Figure BDA0002218501100000024
步骤S104、最后将echos每个点与门限Th比较得到建筑物内部强反射点特征二值化数组Ws；同时，对Ws进行强反射点目标聚类，得到各强反射点目标距离信息ys1,ys2,...,ysn。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S1采用最大值阈值法，即找到数组中最大值max，以最大值的小数倍a·max(0<a<1)作为阈值，将每个点值与该阈值进行比较，大于阈值的点值取1，否则取0，实现二值化。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中，通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有目标特征信息的回波信号echot，采用与步骤S1相同步骤和方法得到目标特征二值化数组Wt；同时，对Wt进行目标聚类，得到各目标距离信yt1,yt2,...,ytn。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S3中，将步骤S1和步骤S2得到的建筑物内部各强反射点目标距离数组与目标距离数组进行匹配。
作为本发明的进一步改进：所述目标距离数组中的某元素与强反射点目标距离数组中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S4中，将步骤S3得到的实时去除了虚警的目标距离数组与历史统计虚警信息进行结果匹配。
作为本发明的进一步改进：若目标距离数组中的某元素与历史统计虚警信息中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，将建筑物内强反射点检测与目标探测结果相融合，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。本发明充分利用两信号特征，进行虚假目标抑制从而抑制虚警的产生。同时，由于遮挡等因素影响，强反射点不能时时检测得到，因此可能导致相应虚警复现。为此本发明利用探测过程中已有的虚警信息作为判断依据，进一步弱化或消除虚警。
2、本发明的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，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，实时性好；同时保障了雷达的最佳检测性能，性能好。本发明进一步可有效获取建筑物内部强反射点分布特征，为使用者提供结构特征参考，提高判断准确性；在不牺牲雷达性能的前提下，进行虚警抑制，保证雷达最佳探测性能。
3、本发明的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，进行特征匹配可有效抑制内部结构产生的虚警，提高目标探测的准确性；整个方法简单，实时性好，已投入实际使用。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明在具体应用实例中强反射点与目标回波特征图；其中(a)为强反射点回波信号；(b)目标回波信号。
图3是本发明在具体应用实例中CFAR检测二值化结果示意图；其中(a)为强反射点探测结果；(b)目标探测结果。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其步骤包括：
步骤S1：获取强反射点距离信息；
通过手持式一维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信号，求取强反射点距离信息；
步骤S2：获取目标点距离信息；
通过穿墙雷达同时获取建筑物内部区域目标信号，求取目标点距离信息；
步骤S3：特征匹配；
将得到的建筑物内部区域目标点信号距离信息与得到的建筑物内部强反射点距离信息进行匹配，得到特征匹配后的目标信号，将虚警予以滤除并统计；
步骤S4：结果匹配；
将实时目标探测结果与虚警统计结果进行匹配，进一步消除虚警。
在具体应用实例中，所述步骤S1是通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有建筑物内部强反射点特征信息的回波信号echos，对回波信号进行一维恒虚警(CFAR，Constant False-Alarm Rate)检测算法处理。可以理解，在满足本发明的需求前提下，CFAR检测方法还有多种其他类型方法，本发明只选用了其中一种，但统称为恒虚警(CFAR)检测。
CFAR检测一定程度上可以用最大值阈值法替代，即找到数组中最大值max，以最大值的小数倍a·max(0<a<1)作为阈值，将每个点值与该阈值进行比较，大于阈值的点值取1，否则取0，从而实现二值化。
所述步骤S1在具体应用时可以采用如下：
步骤S101、设定恒虚警概率PA；设定左右保护窗：guard_left、guard_right；左右参考窗：refer_left、refer_right；
步骤S102、计算参考单元数量N，计算门限乘积因子α：
Figure BDA0002218501100000051
步骤S103、计算参考单元均值
Figure BDA0002218501100000052
其中xref(i)表示每个参考单元值。再计算得到估计门限值Th：
Figure BDA0002218501100000054
步骤S104、最后将echos每个点与门限Th比较得到建筑物内部强反射点特征二值化数组Ws。同时，对Ws进行强反射点目标聚类，得到各强反射点目标距离信息ys1,ys2,...,ysn。
在具体应用实例中，所述步骤S2中，通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有目标特征信息的回波信号echot，采用与步骤S1相同步骤和方法得到目标特征二值化数组Wt。同时，对Wt进行目标聚类，得到各目标距离信yt1,yt2,...,ytn。
在具体应用实例中，所述步骤S3中，将步骤S1和步骤S2得到的建筑物内部各强反射点目标距离数组ys与目标距离数组yt进行匹配。即，目标距离数组中的某元素与强反射点目标距离数组中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
在具体应用实例中，所述步骤S4中，将步骤S3得到的实时去除了虚警的目标距离数组与历史统计虚警信息进行结果匹配。若目标距离数组中的某元素与历史统计虚警信息中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
由上可知，本发明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，实时性好；同时保障了雷达的最佳检测性能，性能好。
本发明在一个具体应用实例中，首先由雷达系统获得回波数据并经过不同的信号预处理分别获得含有建筑物内部强反射点特征信息的信号和含有目标特征信息的信号如图2；其次，对两信号分别进行CFAR检测等信号处理获得建筑物内部强反射点特征信号和目标特征信号如图3，同时对图3(a)和(b)分别进行目标聚类，得到各强反射点目标距离数组ys与目标距离数组yt；再次，将各强反射点目标距离数组ys与目标距离数组yt进行特征匹配得到匹配后目标距离距离数组及虚警信息，并统计历史虚警信息；最后，将步骤S3得到的目标距离数组与历史统计虚警信息进行结果匹配，从而进一步滤除虚警。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：获取强反射点距离信息；
通过手持式一维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信号，求取强反射点距离信息；
步骤S2：获取目标点距离信息；
通过穿墙雷达同时获取建筑物内部区域目标信号，求取目标点距离信息；
步骤S3：特征匹配；
将得到的建筑物内部区域目标点信号距离信息与得到的建筑物内部强反射点距离信息进行匹配，得到特征匹配后的目标信号，将虚警予以滤除并统计；
步骤S4：结果匹配；
将实时目标探测结果与虚警统计结果进行匹配，进一步消除虚警。
2.根据权利要求1所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S1是通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有建筑物内部强反射点特征信息的回波信号echos，对回波信号进行一维恒虚警检测算法处理。
3.根据权利要求2所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S101、设定恒虚警概率PFA；设定左右保护窗：guard_left、guard_right；左右参考窗：refer_left、refer_right；
步骤S102、计算参考单元数量N，计算门限乘积因子α：
Figure FDA0002218501090000011
步骤S103、计算参考单元均值
Figure FDA0002218501090000013
其中xref(i)表示每个参考单元值。再计算得到估计门限值Th：
Figure FDA0002218501090000014
步骤S104、最后将echos每个点与门限Th比较得到建筑物内部强反射点特征二值化数组Ws；同时，对Ws进行强反射点目标聚类，得到各强反射点目标距离信息ys1,ys2,...,ysn。
4.根据权利要求1所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S1采用最大值阈值法，即找到数组中最大值max，以最大值的小数倍a·max(0<a<1)作为阈值，将每个点值与该阈值进行比较，大于阈值的点值取1，否则取0，实现二值化。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过雷达系统获得经过一定信号预处理的含有目标特征信息的回波信号echot，采用与步骤S1相同步骤和方法得到目标特征二值化数组Wt；同时，对Wt进行目标聚类，得到各目标距离信息yt1,yt2,...,ytn。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S3中，将步骤S1和步骤S2得到的建筑物内部各强反射点目标距离数组与目标距离数组进行匹配。
7.根据权利要求6所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述目标距离数组中的某元素与强反射点目标距离数组中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，所述步骤S4中，将步骤S3得到的实时去除了虚警的目标距离数组与历史统计虚警信息进行结果匹配。
9.根据权利要求8所述的手持式穿墙雷达的虚警消除方法，其特征在于，若目标距离数组中的某元素与历史统计虚警信息中任意元素在一定距离范围内，则认为该元素对应的目标为虚警，滤除并统计作为虚警信息。
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