一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，具體步驟包括：建立穿墻成像模型，獲得原始信號數(shù)據(jù)；對天線陣元所接受的回波信號進行擴展；計算熵值并設(shè)定門限；對天線陣元所接收的回波信號反復進行擴展，得到陣元不同時間采樣點所對應(yīng)的擴展熵值，利用該熵值設(shè)定門限，獲得經(jīng)過處理后的處理圖。本發(fā)明能夠消除墻體強雜波對穿墻成像的影響，提高成像精度，減少了天線陣元數(shù)目，對硬件設(shè)備的要求較低，大大簡化了穿墻雷達硬件設(shè)備的設(shè)計。
【專利說明】一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于穿墻雷達成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種根據(jù)離散無記憶信源擴展熵值 原理，對天線陣元所接收的回波信號進行擴展，并求其熵值，再利用熵值設(shè)置門限，消除墻 體的影響，實現(xiàn)目標成像的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，無論是軍用方面還是民用方面，都迫切地需要穿墻成 像（Through Wall Image，TWI)技術(shù)。由于穿墻雷達采用窄脈沖發(fā)射信號，具有帶寬大、分辨 率高、穿透非金屬介質(zhì)能力強的特性，并且不會對人體造成損害。目前，穿墻雷達成像技術(shù) 被廣泛應(yīng)用于非侵入式探測領(lǐng)域，如巷戰(zhàn)中，及時發(fā)現(xiàn)隱蔽在障礙物后的敵人，減少戰(zhàn)士傷 亡；反恐行動中，有效地監(jiān)視恐怖分子的行動，確認人質(zhì)安全并實施救援；重大災(zāi)害后（如 地震），在廢墟中搜尋生還者，以便能夠及時進行救援，最大程度地挽救生命；在火車站、飛 機場等公共場合，對旅客的行李進行安檢，以確保群眾生命財產(chǎn)安全。
[0003] 穿墻成像過程中，接收天線陣元接收到的回波信號必然會包含大量強雜波信號 (如墻體散射），而這些雜波信號通常強度大，使得目標信號淹沒在這些雜波信號中，從而 無法對目標清晰成像。因此，為了實現(xiàn)穿墻目標成像，必須對回波信號進行處理，消除不需 要的雜波信號，使得目標能夠清晰地呈現(xiàn)出來。
[0004] 針對這一問題，國內(nèi)外的科研人員進行了深入的研究，提出了不少成像算法。其 中，背景對消法能夠很好地消除墻體散射等雜波信號，對墻后目標進行成像。然而在實際應(yīng) 用中，該方法不易實現(xiàn)，因為我們不可能將墻后物體移除后對背景進行測量?；跁r間門限 的算法，是通過設(shè)置時間門限將接收回波信號的前部濾除，以此消除墻體散射信號，達到穿 墻成像的目的。但是，時間門限選擇不當，往往會導致部分目標信號也被消除。其他一些算 法，如增加陣元數(shù)目，以提高成像精度，而這對硬件要求很高，成本大，穿墻雷達設(shè)計將更為 復雜。
[0005] 因此，如何在減少陣元的情況下，通過算法處理消除雜波信號的影響，提高成像精 度是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，針對 現(xiàn)有天線陣元多的問題，通過減小陣元數(shù)目，利用回波擴展熵值設(shè)定門限，增大門限可調(diào)范 圍，消除墻體強雜波的影響，提高成像精度，實現(xiàn)穿墻目標成像。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，具體步驟包括：
[0009] (1)建立穿墻成像模型，獲得原始信號數(shù)據(jù)：
[0010] 利用均勻分布于測線的自發(fā)自收天線陣列，依次發(fā)射并接收信號，并且導出未經(jīng) 處理的成像圖；
[0011] (2)對天線陣元所接收的回波信號進行擴展：
[0012] 收發(fā)天線陣元數(shù)目為N，對接收天線接收到的原始回波信號做時間采樣，采樣點數(shù) 為M，構(gòu)成MXN的矩陣e，對矩陣e做如下處理：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，其特征在于：具體步驟包括： (1) 建立穿墻成像模型，獲得原始信號數(shù)據(jù)： 利用均勻分布于測線的自發(fā)自收天線陣列，依次發(fā)射并接受信號，并且導出未經(jīng)處理 的成像圖； (2) 對天線陣元所接收的回波信號進行擴展： 收發(fā)天線陣元數(shù)目為N，對接收天線接收到的原始回波信號做時間采樣，采樣點數(shù)為 M，構(gòu)成MXN的矩陣e，對矩陣e做如下處理：
再根據(jù)離散無記憶的擴展信源熵值理論，對天線陣元所接收的回波信號做擴展處理， 擴展次數(shù)P = 2, 3,...，P (P e N% N#為正整數(shù)），擴展后構(gòu)成MXNP的矩陣E，并對矩陣E進 行處理，處理公式為：
(3) 計算熵值并設(shè)定門限： 利用如下公式計算熵值： //(?0=
并根據(jù)最大熵值理論，設(shè)置門限；設(shè)置門限后對矩陣 e繼續(xù)處理，獲得經(jīng)過處理后的處理圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，其特征在于：所 述步驟（3)中設(shè)定門限的公式為：
，其中α為控制門限的參數(shù)； 所述對矩陣e的處理公式為： ez (m, n) = Z (m) e (m, η);所述ez為矩陣e經(jīng)過處理后的最終結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于回波擴展熵的穿墻雷達成像方法，其特征在于：所 述步驟（2)中對天線陣元所接收的回波信號進行擴展的次數(shù)至少為三次。
【文檔編號】G01S13/89GK104297749SQ201410607213
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】李家強, 蔡洪淵, 陳金立, 李鵬 申請人:南京信息工程大學