一种基于节点度的多径抑制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于节点度的多径抑制算法，应用于穿墙雷达数据处理模块中。当目标位置变化时，各传播路径的回波信号时延和相位相应变化，因而影响多径鬼影的位置，即目标与多径鬼影相互关联。因此目标跟踪系统产生的航迹可以用一个由节点和有向边组成的复杂网络模型描述，将每条航迹看为节点，航迹之间的关联看成边。通过计算每个离散时刻航迹的出入度，更新整个航迹节点的平均出度和平均入度，最后判断每条航迹是否构成离散节点或者是否为多径。重复以上步骤直至处理完所有航迹数据，完成对整个场景的多径抑制。本发明专利技术基于节点度实现多径抑制，能够在提高雷达检测性能的同时提升算法的实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于穿墙雷达
，特别涉及穿墙雷达成像中多径杂波抑制技术。
技术介绍
多径现象是指电磁波从发射天线发射后返回接收天线的过程中，除了照射到目标经直接反射后到达接收天线的回波分量外，还存在很多通过多次反射最终到达接收天线的回波分量。多径回波将在雷达检测结果中形成虚假目标，严重影响着穿墙雷达系统辨识场景中真实目标的能力。从目前已报告的文献来看，对穿墙雷达的多径问题的研究大致可分为两类：第一，对高分辨率雷达，人体目标不能简单地视为单点目标，身体不同部位存在多路径传播行为；第二，发射的电磁波在目标、墙体、天花板、地板及各反射体之间多次反射，导致信号从发射天线到接收天线的多路传播，成像后可能出现多径鬼影。多径鬼影的存在易引起虚警，会严重干扰目标检测与跟踪的准确度，在实际中也会影响穿墙雷达用户的判断。P Setlur等人根据几何光学和均匀衍射理论，建立封闭结构下的多径数学模型，再采用点扩散函数对场景成像，计算图像每个像素对应坐标的多径鬼影，将鬼影位置对应像素点的幅值加权至原像素以生成新图像，取得良好的抑制效果且提高了信杂比。但计算量很大，现行硬件条件无法实时处理。Garren D A等人利用多径回波对目标方位角的依赖特性进行多径抑制，多反射回波相对方位角是变化的，而单反射回波则不变。但单反射回波在大方位角时不变特性不能保持，有效性下降。AndréD B等人提出了一种基于极化的多径抑制技术，利用在不同的极化方式下，镜面反射电磁波的奇分量和偶分量存在的差异抑制多径。但只能应用于校准准确的多极化通道雷达，无法应用到单极化通道雷达。Wang J等人提出基于压缩感知(Compressed Sensing，CS)重构技术进行多径抑制，但没有分析对多目标情况的适应性。综上所述，现有的多径抑制算法多数存在实时性较差、适用性较差等缺点。因此，本专利技术具有很大的实用价值和参考价值。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于节点度的多径抑制算法。利用复杂网络理论的数学模型描述了多目标跟踪系统中各航迹间的关联关系，通过计算航迹节点度分布特征，实现了多径抑制。各目标产生的航迹之间的复杂网络关联数学模型如下：当目标位置变化时，回波信号各传播路径时延和相位也必然变化，因而影响多径鬼影的位置，也就是说目标与多径鬼影之间存在关联关系。故可将每条跟踪保持的航迹设定为一个节点，航迹与航迹之间的关联关系看成边。此外，真实目标产生航迹(目标航迹)与多径鬼影产生的航迹(多径航迹)之间的关联关系是有方向的。比如，两条航迹a和b，如果航迹a是由航迹b产生的多径航迹，则其 关联关系是从b指向a；反之，关联关系是从a指向b。因而，目标跟踪系统产生的航迹可以用一个由节点和有向边组成的复杂网络模型描述。本专利技术技术方案如下：算法流程图如图1所示，算法步骤如下：步骤1：初始化航迹队列中每条航迹的平均出度和平均入度为0；步骤2：取航迹a当前时刻坐标求解其多径虚假目标坐标，逐一计算其他航迹b与当前航迹的关联系数更新节点a和b的平均度。步骤3：逐一判断每条航迹是否构成离散节点或者平均出度大于门限ξ1且平均入度小于门限ξ2，如果为否，则判断为多径。本专利技术基于节点度实现了多径抑制，在提升了雷达探测性能的同时算法实时性也较好，具有较大的实用价值。附图说明图1算法流程图图2加入了多径抑制算法的MTT算法流程图图3二维墙体及多径物理模型图4关联系数示意图图5两个目标实际轨迹和不存在多径干扰的仿真量测数据图6不存在多径干扰，跟踪两个目标时目标跟踪系统的输出结果图7包含多径干扰的仿真量测数据图8存在多径干扰，不使用多径抑制算法目标跟踪系统的输出结果图9存在多径干扰，使用多径抑制算法目标跟踪系统的输出结果具体实施方式在实际中绝大多数房间的形状均为矩形，不失一般性，考虑下图3所示矩形房间的多径模型，且穿墙雷达可估计房间结构参数。记前墙厚度为d1，天线阵列到前墙的距离为Dy，侧墙长度为D1，后墙长度为D2，墙体介电常数为ε。基于以上多径模型，考虑如下三种路径分量；1)直接路径：发射-目标-接收(如，路径A)；2)一阶路径：发射-目标-墙-接收或者发射-墙-目标-接收(如，路径A+B)；3)二阶路径：发射-墙-目标-墙-接收(如，路径B+D)。经计算，二阶路径产生的多径鬼影处于房间外，一阶路径产生的多径鬼影对后墙是位于其上，对侧墙是位于其附近。因此，只需考虑直接路径和一阶路径，对一阶路径产生的多径鬼影位置可通过非线性最小二乘优化估计，公式组如下： e m k ( x k w a l l ) = d 1 ϵ sec ( Ψ r w k m ) + ( y w k w a l l - d 1 ) sec ( Ψ i w k m ) c - τ A ( m ) + τ p ( k ) ( m 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于节点度的多径抑制算法。算法具体步骤如下：步骤1：初始化航迹队列中每条航迹的平均出度和平均入度为0；步骤2：取航迹a当前时刻坐标求解其多径虚假目标坐标，逐一计算其他航迹b与当前航迹的关联系数更新节点a和b的平均度。步骤3：逐一判断每条航迹是否构成离散节点或者平均出度大于门限ξ1且平均入度小于门限ξ2，如果为否，则判断为多径。

【技术特征摘要】
1.一种基于节点度的多径抑制算法。算法具体步骤如下：步骤1：初始化航迹队列中每条航迹的平均出度和平均入度为0；步骤2：取航迹a当前时刻坐标求解其多径虚假目标坐标，逐一计算其他航迹b与当前航迹的关联系数更新节点a和b的平均度。步骤3：逐一判断每条航迹是否构成离散节点或者平均出度大于门限ξ1且平均入度小于门限ξ2，如果为否，则判断为多径。2.一种基于节点度的多径抑制算法。各航迹之间的复杂网络关联数学模型如下：当目标位置变化时，回波信号各传播路径时延和相位也必然变化，因而影响多径鬼影的位置，也就是说目标与多径鬼影之间存在关联关系。故可将每条跟踪保持的航迹设定为一个节点，航迹与航迹之间的关联关系看成边。此外，真实目标产生航迹(目标航迹)与多径鬼影产生的航迹(多径航迹)之间的关联关系是有方向的。比如，两条航迹a和b，如果航迹a是由航迹b产生的多径航迹，则其关联关系是从b指向a；反之，关联关系是从a指向b。因而，目标跟踪系统产生的航迹可以用一个由节点和有向边组成的复杂网络模型描述。定义以下变量：k：表示某一时刻；G：表示根据航迹头坐标向量估计多径鬼影的函数；表示航迹a的多径鬼影位置的坐标矢量；Pa(k)：表示时刻k航迹a的航迹头的坐标矢量；表示时刻k从节点a到节点b的关联系数；表示时刻k节点a的入度；表示时刻k节点a的出度。在时刻k任意选取两个节点a和b，它们的航迹头坐标分别为Pa(k)和Pb(k)，从节点a到b...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文，陆晓明，李春彪，李洪涛，齐全，
申请(专利权)人：南京御达电信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32