一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置，该方法步骤包括：S1.在待测建筑物的外侧固定布置雷达系统，雷达系统采用多发多收天线阵列构造等效阵列以形成等效孔径，通过布置的雷达系统对目标区域进行检测，获取目标区域的多通道回波信号；S2.将步骤S1获取的所有通道回波域信号转换为图像域数据；S3.将步骤S2得到的图像域数据变换为特征二值图，反演得到建筑物内部结构；该装置包括多通道回波信号获取模块、图像域数据转换模块以及内部结构反演模块。本发明专利技术具有实现操作简单、易于实现、探测精度及效率高且实时性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置
本专利技术涉及雷达探测
，尤其涉及一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置。
技术介绍
利用电磁波的穿透性，穿墙成像雷达可对墙体等人眼或光学不可见遮蔽区进行探测，将回波信息处理后，能显示成像感兴趣目标区域，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。通过对建筑物内结构反演与目标探测结果相融合，可以获得探测范围的全景信息，对建筑物内作战参考、精确打击恐怖犯罪分子和目标相对位置确定等具有重要的实用价值，因而通过对建筑物内结构反演以确定建筑布局也成为当前研究和发展的重要方向。基于雷达探测方式对建筑物内结构进行探测，目前通常都是采用合成孔径阵列，通过移动天线来获取多孔径回波数据，再对多孔径回波数据进行处理，获取一定的建筑物内结构特征，即通过移动雷达位置，利用合成孔径原理来实现对建筑物墙体的成像，典型的如采用一发多收或时分复用多发多收天线布阵方式的穿墙雷达，在每个视角中均需通过多次移动天线来变换位置，以获得多孔径数据。但是采用上述使用合成孔径雷达方式来实现建筑物内结构探测，不仅操作复杂、实现困难，需要多次移动天线来变换位置，且实时性差，不利于实时信号处理，需要各个位置检测完成后才能进行雷达信号处理，无法实时反映出建筑物内部结构与目标状态，不能够适用于实时性要求高的场合中。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现操作简单、易于实现、探测精度及效率高且实时性强的基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，步骤包括：S1.在待测建筑物外侧固定布置雷达系统，所述雷达系统采用多发多收天线阵列构造等效阵列以形成等效孔径，通过布置的所述雷达系统对目标区域进行检测，获取目标区域的多通道回波信号；S2.将所述步骤S1获取的所有通道回波域信号转换为图像域数据；S3.将所述步骤S2得到的图像域数据变换为特征二值图，反演得到建筑物内部结构。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S2中将所有通道回波域信号采用后向投影BP算法进行相干叠加处理，转换得到图像域数据。作为本专利技术方法的进一步改进，所述采用后向投影BP算法进行相干叠加处理的步骤包括：S21.将成像区域划分为M×N个像素点；S22.计算每一个像素点与所有收发天线组合之间的双程时延；S23.根据计算得到的所述双程时延计算每一个像素点的相位补偿；S24.根据所述相位补偿计算所述等效孔径中各个孔径域数据，将各个所述孔径域数据累加后得到计算相干叠加结果，并作为转换得到的所述图像域数据。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S22具体按下式计算得到每一个像素点(xn,ym)与所有收发天线组合之间的双程时延τk：其中，ym和xn分别表示距离向和方位向上像素点的坐标值，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，k＝1,2,...,NUM为通道标签，NUM为等效孔径数，(xT(k),yT(k))为发射天线坐标，(xR(k),yR(k))为接收天线坐标，c表示光速，dT为像素点到发射天线的距离，dR为像素点到接收天线的距离；所述步骤S23中计算每一个像素点(xn,ym)的相位补偿phasek的表达式为：phasek(xn,ym)＝exp(j2πfc·(dT+dR)/c)其中，fc为载频，c为光速；所述步骤S24中按照下式计算得到相干叠加结果Is(x,y)并作为所述图像域数据；其中，zk(x,y)＝echos(t-τk(x,y))×phasek(x,y)表示第k个孔径域数据，echos(t-τk(x,y))为时延校正后通道回波信号。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S3中将图像域数据进行二维CFAR检测，得到待测建筑物内部结构特征二值图，反演得到建筑物内部结构；所述进行二维CFAR检测步骤包括：预先根据人体回波和建筑物回波在图像域的差异确定检测门限值，以待检测单元为中心，将所述步骤S2得到的图像域数据与所述检测门限值进行比较，由比较结果得到所述待测建筑物内部结构特征二值图。作为本专利技术方法的进一步改进，所述检测门限值的确定步骤包括：分别设置用于避免目标自遮蔽效应的保护窗、用来估计待检单元背景参考窗和相应的检测概率PA，根据设置的所述保护窗、参考窗以及检测概率PA的统计值确定得到所述检测门限值。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S2中将所有通道回波域信号采用基于距离多普勒的成像算法转换为图像域数据。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S3中将图像域数据使用最大值阈值法进行处理，得到待测建筑物内部结构特征二值图，反演得到建筑物内部结构，具体步骤包括：查找所述图像域数据的数组中最大值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，得到所述待测建筑物内部结构特征二值图。一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测装置，包括：多通道回波信号获取模块，用于在待测建筑物外侧固定布置雷达系统，所述雷达系统采用多发多收天线阵列构造等效阵列以形成等效孔径，通过布置的所述雷达系统对目标区域进行检测，获取目标区域的多通道回波信号；图像域数据转换模块，用于将所述步骤S1获取的所有通道回波域信号转换为图像域数据；内部结构反演模块，用于将所述步骤S2得到的图像域数据变换为特征二值图，反演得到建筑物内部结构。作为本专利技术装置的进一步改进，所述图像域数据转换模块采用基于BP算法的图像域数据转换模块，用于将所有通道回波域信号采用后向投影BP算法进行相干叠加处理，转换得到图像域数据；所述内部结构反演模块采用基于CFAR检测的内部结构反演模块，用于将图像域数据进行二维CFAR检测，得到待测建筑物内部结构特征二值图，反演得到建筑物内部结构。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置，通过采用固定位置的等效孔径方式来获取多通道回波信号，将回波域数据转换为图像域数据后，由图像域数据反演得到建筑物内部结构，可以基于固定雷达利用等效孔径的方式实现建筑物内部结构探测，相比于传统采用移动雷达利用合成孔径的方式实现探测，无需移动雷达装置，通过一次雷达探测即可实现建筑物内部结构探测，可以大大降低操作复杂度，提高探测效率，同时提高探测的实时性，尤其适用于对实时性要求较高的应用场合。2、本专利技术基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置，通过一次雷达探测即可获取多通道回波信号，可以实现建筑物内部结构的实时探测，进而能直接与建筑物内目标探测信号处理方式相融合，有利于准确判定建筑物内部结构和目标的实时状态位置。3、本专利技术基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法及装置，进一步利用固定位置的等效孔径多通道回波信号数据进行相干BP成像，一次探测即可获得多通道回波数据，可以对建筑物内部结构进行实时反演，BP成像后根据人体回波和建筑物结构特性对图像域数据进行二维CFAR检测，能精确反演出建筑物内部结构，且能方便的直接与建筑物内目标探测进行融合。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，步骤包括：S1.在待测建筑物外侧固定布置雷达系统，所述雷达系统采用多发多收天线阵列构造等效阵列以形成等效孔径，通过布置的所述雷达系统对目标区域进行检测，获取目标区域的多通道回波信号；S2.将所述步骤S1获取的所有通道回波域信号转换为图像域数据；S3.将所述步骤S2得到的图像域数据变换为特征二值图，反演得到建筑物内部结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，步骤包括：S1.在待测建筑物外侧固定布置雷达系统，所述雷达系统采用多发多收天线阵列构造等效阵列以形成等效孔径，通过布置的所述雷达系统对目标区域进行检测，获取目标区域的多通道回波信号；S2.将所述步骤S1获取的所有通道回波域信号转换为图像域数据；S3.将所述步骤S2得到的图像域数据变换为特征二值图，反演得到建筑物内部结构。2.根据权利要求1所述的基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，所述步骤S2中将所有通道回波域信号采用后向投影BP算法进行相干叠加处理，转换得到图像域数据。3.根据权利要求2所述的基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，所述采用后向投影BP算法进行相干叠加处理的步骤包括：S21.将成像区域划分为M×N个像素点；S22.计算每一个像素点与所有收发天线组合之间的双程时延；S23.根据计算得到的所述双程时延计算每一个像素点的相位补偿；S24.根据所述相位补偿计算所述等效孔径中各个孔径域数据，将各个所述孔径域数据累加后得到计算相干叠加结果，并作为转换得到的所述图像域数据。4.根据权利要求3所述的基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，所述步骤S22具体按下式计算得到每一个像素点(xn,ym)与所有收发天线组合之间的双程时延S22具体按下式计算得到每一个像素点(xn,ym)与所有收发天线组合之间的双程时延τk：其中，ym和xn分别表示距离向和方位向上像素点的坐标值，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，k＝1,2,...,NUM为通道标签，NUM为等效孔径数，(xT(k),yT(k))为发射天线坐标，(xR(k),yR(k))为接收天线坐标，c表示光速，dT为像素点到发射天线的距离，dR为像素点到接收天线的距离；所述步骤S23中计算每一个像素点(xn,ym)的相位补偿phasek的表达式为：phasek(xn,ym)＝exp(j2πfc·(dT+dR)/c)其中，fc为载频，c为光速；所述步骤S24中按照下式计算得到相干叠加结果Is(x,y)并作为所述图像域数据；其中，zk(x,y)＝echos(t-τk(x,y))×phasek(x,y)表示第k个孔径域数据，echos(t-τk(x,y))为时延校正后通道回波信号。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于雷达信号处理的建筑物内部结构探测方法，其特征在于，所述步骤S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚赟，唐良勇，胡俊，韩乃军，王生水，韩明华，
申请(专利权)人：湖南华诺星空电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43