CN111856490A - 一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法。针对非视域目标探测时中介面回波能量极大而对目标信号的辨识造成影响的问题，借助中介面回波产生的峰值，利用三角形顶点到底边距离最大的原理，提供一种中介面回波信号的全自动抑制方法。本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明方法可以全自动辨识出中介面回波的区域并加以抑制；即使中介面回波在信号边缘，也能正确辨识；抑制中介面回波的同时也保留了中介面回波的位置信息，有利于后续处理。

Description

一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法
技术领域
本发明属于光电探测领域，具体涉及一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法。
背景技术
非视域目标探测技术，即对隐藏于遮挡物后、相机无法直接探测的目标进行成像、重构、定位或跟踪，在抢险、救援和自动驾驶等领域拥有广阔的应用前景，已成为国内外研究的热点。传统的光学探测手段，都需要目标在探测器的视线范围内才能进行成像和跟踪。一旦目标与探测器之间存在遮挡物，比如人在拐角或墙后、飞机在云层中等情况，传统光学手段就无法探测。
该技术通过主动发射激光脉冲并测量散射到目标上的回波，来获取主动发射光子的飞行时间，并得出光子的飞行距离，从而进行三维重建或定位跟踪。由于目标被遮挡，激光只能发射到目标附近的中介面，并散射至目标。在目标将激光再次散射回中介面之后，再通过光学镜头收集回波光子，来实现对目标的探测。由于激光脉冲从发射到接收经过了多次散射，回波能量衰减可达到十几个数量级。
然而，在回波信号中，最先收集到的往往是从中介面直接返回的回波(称为“中介面回波”)。由于此类回波只经过了一次散射，其回波能量远大于经过了三次散射的目标回波能量，所以会形成一个极大的峰值，从而对目标信号的辨识会造成严重影响，必须予以抑制。
在目前的文献中，对中介面回波往往是采取人工抑制方法。比如，手动选取信号在中介面回波之后的部分来进行计算。显然，这种方法不仅效率极低，而且实用性差。也有文献采用调节镜头方向或视场大小的方法，避免接收到中介面回波。这种方法对光路调节要求较高，适用范围小，并且中介面回波还有一定用处，不宜完全避除。另外，还有文献用采集背景信号再进行消减的方法来抑制中介面回波。但是，由于中介面回波能量太强，微小的波动就可能掩盖目标信号，因此如果中介面回波信号消减不干净，就仍然无法辨识中介面回波和目标信号。总的说来，当前的方法尚未彻底解决中介面回波的抑制问题，从而对非视域目标探测技术的实用化造成了障碍。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：针对非视域目标探测时中介面回波能量极大而对目标信号的辨识造成影响的问题，提供一种中介面回波的全自动抑制方法。
本发明采用的技术方案为：一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法，本发明根据非视域目标探测时中介面回波信号能量极大的特点，借助中介面回波产生的峰值，利用三角形顶点到底边距离最大的原理，提供一种中介面回波信号的全自动抑制方法，具体实现步骤为：
步骤1、找到非视域目标探测信号中的最大值位置，并对信号循环位移，使最大值位置位于信号中间；
步骤2、从最大值处将循环位移信号分为左右两半，生成左半信号和右半信号两个信号；
步骤3、对左半信号，经过其起点和末点作一条辅助直线，计算左半信号中每一点到该辅助直线的距离，并找出距离最大的位置，作为中介面回波起点；
步骤4、对右半信号同样实施上述步骤3，并找出距离最大的位置，作为中介面回波终点；
步骤5、将循环位移信号里中介面回波起点和中介面回波终点之间的部分标记为中介面回波区域或直接修改为某个特定值，并反向循环位移到原来的坐标系，从而抑制中介面回波。
进一步地，所述步骤3中，中介面回波起点的计算公式为：
Figure BDA0002607272020000021
式中，ul表示中介面回波起点，uT表示循环位移信号中的最大值位置，u表示点数自变量，Dl(u)表示左半信号到其辅助直线的距离函数，计算公式为：
Figure BDA0002607272020000022
式中，Gl(u)表示左半信号，Gl(0)表示u＝0处的左半信号幅值，Gl(uT)表示u＝uT处的左半信号幅值。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
(1)本发明方法可以全自动辨识出中介面回波的区域并加以抑制；
(2)即使中介面回波在信号边缘，也能正确辨识；
(3)抑制中介面回波的同时也保留了中介面回波的位置信息，有利于后续处理。
附图说明
图1是实施例中采集的四路非视域目标探测原始信号图；
图2是实施例中第一路信号的循环位移信号图；
图3是实施例中用第一路循环位移信号生成的左半信号图；
图4是实施例中用第一路循环位移信号生成的右半信号图；
图5是实施例中用左半信号计算中介面回波起点的示意图；
图6是实施例中用右半信号计算中介面回波终点的示意图；
图7是实施例中四路信号完成中介面回波抑制后的结果图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施办法。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
本实施例以某次非视域目标探测实验中采集到的四路信号为例，采集的原始信号如图1所示。可见，各路信号中都存在一个很大的峰，该峰由中介面回波产生，即激光脉冲到中介面直接返回探测器。其峰值最大已到上千个光子，而目标的回波只有几个到几十个光子，因此中介面回波会严重影响目标的辨识。本发明抑制中介面回波的具体步骤如下。
步骤1、找到非视域目标探测信号中的最大值位置，并对信号循环位移，使最大值位置位于信号中间。
本实施例以第一路的信号为例，信号时间总长度为25ns。首先找到信号中的最大值位置位于22.07ns。然后将信号以0.01ns为间隔，将信号离散为2500点，则最大值位置位于第2207点。再将信号往左循环位移957点，使第2207点移至1250点，得到如图2所示的循环位移信号图。
步骤2、从最大值处将循环位移信号分为左右两半，生成左半信号和右半信号两个信号。
本实施例用第一路循环位移信号生成的左半信号如图3所示，右半信号如图4所示。值得说明的是，无论是左半信号还是右半信号都要包含最大值点。
步骤3、对左半信号，经过其起点和末点作一条辅助直线，计算左半信号中每一点到该辅助直线的距离，并找出距离最大的位置，作为中介面回波起点。
假设左半信号为Gl(u)，u∈[0,uT]表示点数自变量，uT表示循环位移信号中的最大值位置。首先过起点(0,Gl(0))和末点(uT,Gl(uT))两点作一条辅助直线Ll(u)，满足：
[Gl(0)-Gl(uT)]u+uTLl(u)-uTGl(0)＝0 (1)
因此，Gl(u)上的点到Ll(u)的距离函数Dl(u)为：
Figure BDA0002607272020000041
这样，使Dl(u)最大的u就是中介面回波的起点ul，即：
Figure BDA0002607272020000042
如图5所示，连接信号起点和末点的实线是Ll(u)，粗点线是Dl(u)，竖直的虚线就是u＝ul，即中介面回波的起点。本实施例得到ul＝1237。
步骤4、对右半信号同样实施上述步骤3，并找出距离最大的位置，作为中介面回波终点。
该步骤与步骤3类似，此处不再赘述。本实施例中右半信号的辅助直线Lr(u)、距离函数Dr(u)和中介面回波的终点ur如图6所示，得到ur＝1315。
步骤5、将循环位移信号里中介面回波起点和中介面回波终点之间的部分标记为中介面回波区域或直接修改为某个特定值，并反向循环位移到原来的坐标系，从而抑制中介面回波。
本实施例将中介面回波起点ul＝1237和中介面回波终点ur＝1315之间的部分标记为“x”(表示该部分数据为中介面回波区域)，再将标记后的信号往右循环位移957点(同时移动标记)，使信号移回原来的坐标系，就得到如图7所示的第一路结果图。
图7中四路信号都是用上述同样的方法得到，对应图1的四路信号。在后续计算和显示时都将标记为“x”的数据予以排除，就实现了对中介面回波的抑制。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤1、找到非视域目标探测信号中的最大值位置，并对信号循环位移，使最大值位置位于信号中间；
步骤2、从最大值处将循环位移信号分为左右两半，生成左半信号和右半信号两个信号；
步骤3、对左半信号，经过其起点和末点作一条辅助直线，计算左半信号中每一点到该辅助直线的距离，并找出距离最大的位置，作为中介面回波起点；
步骤4、对右半信号同样实施上述步骤3，并找出距离最大的位置，作为中介面回波终点；
步骤5、将循环位移信号里中介面回波起点和中介面回波终点之间的部分标记为中介面回波区域或直接修改为某个特定值，并反向循环位移到原来的坐标系，从而抑制中介面回波。
2.根据权利要求1所述的一种非视域目标探测时中介面回波的抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，中介面回波起点的计算公式为：
Figure FDA0002607272010000011
式中，ul表示中介面回波起点，uT表示循环位移信号中的最大值位置，u表示点数自变量，Dl(u)表示左半信号到其辅助直线的距离函数，计算公式为：
Figure FDA0002607272010000012
式中，Gl(u)表示左半信号，Gl(0)表示u＝0处的左半信号幅值，Gl(uT)表示u＝uT处的左半信号幅值。
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