目标间微多普勒串扰抑制方法、雷达、设备及存储介质

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种目标间微多普勒串扰抑制方法、雷达、设备及存储介质。

背景技术

对于雷达而言，目标的运动产生多普勒效应，不同的运动方式将产生具有不同变化特征的多普勒信息；特别是，当目标具有微动时，雷达回波将具有微多普勒效应，即受到了时变的频率调制。目标的微动包括振动、转动、进动等往复性运动。目标的微多普勒包含了目标的独特运动信息，可以作为目标识别的有效特征。

然而，对于多目标场景或存在较强的虚假目标场景，目标间的微多普勒串扰将十分严重，特别是对于穿墙雷达系统。穿墙雷达所探测的目标运动状态差异往往较大，对于走动的目标与静止站立的目标回波信号能量可能有数倍之差，这种情况下弱回波信号目标的微多普勒谱中往往串扰有强回波信号目标的微多普勒谱。另外，在穿墙探测应用中，往往存在一些电器设备引起的强回波虚假目标，如电扇、空调等。这些都将严重的影响到所提目标微多普勒特征的有效性与可靠性，降低了目标探测的准确性。

现有的微多普勒特征提取技术，往往是针对单目标场景或者未考虑强回波信号目标对弱回波信号目标微多普勒谱特征串扰的影响。当相近的俩目标回波能量差异较大时，将严重的影响到提取的弱回波信号目标微多普勒特征的有效性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种目标间微多普勒串扰抑制方法、雷达、设备及存储介质，以解决多目标场景与固定虚假目标场景下微多普勒谱串扰的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种目标间微多普勒串扰抑制方法，所述抑制方法包括以下步骤：

获取雷达各通道的原始回波信号；

对所述原始回波信号进行脉冲压缩处理、杂波抑制处理以及成像处理，得到场景成像结果；

对所述场景成像结果进行目标检测聚类与跟踪，得到目标的位置信息；

结合所述场景成像结果与目标的位置信息，提取目标的慢时间数据序列；

对所述目标的慢时间数据序列进行时频变换，得到目标的时频图；

对所述目标的时频图进行检测，得到目标的微多普勒图谱结果；

根据所述目标的位置信息选取参考点；

结合所述场景成像结果与参考点，提取参考点的慢时间数据序列；

对所述参考点的慢时间数据序列进行时频变换，得到参考点的时频图；

对所述参考点的时频图与目标的微多普勒图谱结果进行时频图对比检测；

根据时频图对比检测结果，对所述目标的微多普勒图谱结果中的串扰谱信息进行抑制，得到微多普勒图谱。

进一步地，提取所述目标的慢时间数据序列的具体公式为：

其中，data_set

进一步地，采用短时傅里叶变换对所述目标的慢时间数据序列进行时频变换，得到目标的时频图，具体公式为：

其中，k表示频率索引，l表示短时傅里叶变换后的慢时间索引，S

进一步地，采用有序统计恒虚警检测方法对所述目标的时频图进行检测。

进一步地，根据所述目标的位置信息，从下式所表示的点选取参考点：

其中，np_set表示参考点集合，G表示保护半径，

进一步地，所述参考点具体为：

其中，r_np

进一步地，对所述参考点的时频图与目标的微多普勒图谱结果进行时频图对比检测的具体公式为：

其中，H(k,l,rn)表示时频图对比检测结果，H(k,l,rn)＝1表示第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上其幅值大于第rn个参考点在对应位置上的幅值，H(k,l,rn)＝0表示第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上其幅值小于或等于第rn个参考点在对应位置上的幅值；

表示经过检测的第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上的幅相数据；/>

进一步地，根据时频图对比检测结果，对所述目标的微多普勒图谱结果中的串扰谱信息进行抑制的具体公式为：

其中，S

基于同一构思，本发明还提供一种穿墙雷达，所述穿墙雷达包括：

发射模块，用于产生发射波信号；

接收模块，用于接收原始回波信号，所述原始回波信号是所述发射波信号发送至目标后被散射回的信号；

信号处理器，用于：

对所述原始回波信号进行脉冲压缩处理、杂波抑制处理以及成像处理，得到场景成像结果；

对所述场景成像结果进行目标检测聚类与跟踪，得到目标的位置信息；

结合所述场景成像结果与目标的位置信息，提取目标的慢时间数据序列；

对所述目标的慢时间数据序列进行时频变换，得到目标的时频图；

对所述目标的时频图进行检测，得到目标的微多普勒图谱结果；

根据所述目标的位置信息选取参考点；

结合所述场景成像结果与参考点，提取参考点的慢时间数据序列；

对所述参考点的慢时间数据序列进行时频变换，得到参考点的时频图；

对所述参考点的时频图与目标的微多普勒图谱结果进行时频图对比检测；

根据时频图对比检测结果，对所述目标的微多普勒图谱结果中的串扰谱信息进行抑制，得到微多普勒图谱。

基于同一构思，本发明还提供了一种终端设备，所述终端设备包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的目标间微多普勒串扰抑制方法。

基于同一构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的目标间微多普勒串扰抑制方法。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过将采集的多通道回波信号进行杂波抑制与成像处理，以完成目标回波信号的提取，在此基础上使用参考点的时频图谱完成与目标回波信号时频图谱的对比，从而有效地滤除了弱回波信号目标的微多普勒特征中的串扰谱，有效地提升了目标微多普勒图谱结构的有效性，解决了多目标场景与固定虚假目标场景下微多普勒谱串扰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中目标间微多普勒串扰抑制方法流程图；

图2是本发明实施例中场景二维成像结果图；

图3是本发明实施例中弱目标时频图谱；

图4是本发明实施例中强目标时频图谱；

图5是本发明实施例中弱目标检测输出的时频图谱结果；

图6是本发明实施例中串扰抑制处理后的弱目标时频图谱结果。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例所提供的一种目标间微多普勒串扰抑制方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取雷达各通道的原始回波信号；

步骤S2：对原始回波信号进行脉冲压缩、杂波抑制以及成像处理，得到场景成像结果；

步骤S3：对场景成像结果进行目标检测聚类与跟踪，得到目标的位置信息；

步骤S4：结合场景成像结果与目标的位置信息，提取目标的慢时间数据序列；

步骤S5：对目标的慢时间数据序列进行时频变换，得到目标的时频图；

步骤S6：对目标的时频图进行检测，得到目标的微多普勒图谱结果；

步骤S7：根据目标的位置信息选取参考点；

步骤S8：结合场景成像结果与参考点，提取参考点的慢时间数据序列；

步骤S9：对参考点的慢时间数据序列进行时频变换，得到参考点的时频图；

步骤S10：对参考点的时频图与目标的微多普勒图谱结果进行时频图对比检测；

步骤S11：根据时频图对比检测结果，对目标的微多普勒图谱结果中的串扰谱信息进行抑制，得到微多普勒图谱。

步骤S2中，脉冲压缩、杂波抑制以及成像处理均为现有技术，例如可以采用加窗傅里叶变换对原始回波信号进行脉冲压缩处理，具体包括：将原始回波信号沿快时间维进行加窗处理；对加窗处理后的每段信号进行离散傅里叶变换，实现脉冲压缩。

对于杂波抑制，可以设计滤波器，利用滤波器对脉冲压缩后的回波信号进行杂波抑制，然后根据杂波抑制的输出结果进行成像处理，即可得到雷达探测到的场景成像结果，如图2所示，可表示为I

步骤S4中，基于目标的位置信息

其中，data_set

步骤S5中，采用短时傅里叶变换对目标的慢时间数据序列data_set

其中，k表示频率索引，l表示短时傅里叶变换后的慢时间索引，S

步骤S6中，采用有序统计恒虚警检测方法(OS-CFAR)对目标的时频图进行检测，即完成时频图结构的检测：

其中，S

为了与目标的微多普勒图谱结果进行对比检测，以滤除弱回波信号目标的微多普勒串扰信息，根据目标的位置信息

其中，np_set表示参考点集合，G表示参考点选取的保护半径，

在保证计算量足够的情况下，参考点的选取应尽量覆盖到不同的角度(此处的角度为以目标的位置信息

其中，r_np

提取各参考点的慢时间数据序列，与目标的慢时间数据序列的提取类似，第rn个参考点的慢时间数据序列可表示为：

其中，

步骤S10中，对参考点的时频图与目标的微多普勒图谱结果进行时频图对比检测的具体公式为：

其中，H(k,l,rn)表示时频图对比检测结果，H(k,l,rn)＝1表示第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上其幅值大于第rn个参考点在对应位置上的幅值，H(k,l,rn)＝0表示第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上其幅值小于或等于第rn个参考点在对应位置上的幅值；

表示经过OS-CFAR检测的第t个目标在第l个慢时间时刻的第k个频点上的幅相数据；/>

步骤S11中，通过式(8)抑制目标的微多普勒图谱结果中的串扰谱信息，抑制结果(如图5和图6所示)为：

其中，S

本发明通过将采集的多通道回波信号进行杂波抑制与成像处理，以完成目标回波信号的提取，在此基础上使用参考点的时频图谱完成与目标回波信号时频图谱的对比，从而有效地滤除了弱回波信号目标的微多普勒特征中的串扰谱，有效地提升了目标微多普勒图谱结构的有效性，解决了多目标场景与固定虚假目标场景下微多普勒谱串扰的问题。本发明检测目标微多普勒谱中的串扰信息，再通过一定的规则将该串扰信息滤除，提升了目标微多普勒特征谱的纯度，大大的提升了弱回波信号目标微多普勒谱特征的可靠性，极大地改善了多目标与存在强回波的虚假目标场景下，提取的弱目标多普勒特征谱的质量。

实施例2

本发明实施例提供的一种穿墙雷达包括发射模块、接收模块以及信号处理器。

发射模块用于产生发射波信号；接收模块用于接收原始回波信号，原始回波信号是发射波信号发送至目标后被散射回的信号。信号处理器用于：对原始回波信号进行脉冲压缩处理、杂波抑制处理以及成像处理，得到场景成像结果I

实施例3

本发明实施例还提供一种终端设备，该终端设备包括：处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器被配置为执行所述计算机程序时实现如上所述的目标间微多普勒串扰抑制方法。

尽管未示出，所述终端设备包括处理器，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序和/或数据或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)中的程序和/或数据而执行各种适当的操作和处理。处理器可以是一个多核的处理器，也可以包含多个处理器。在一些实施例中，处理器可以包含一个通用的主处理器以及一个或多个特殊的协处理器，例如，中央处理器、图形处理器(GPU)、神经网络处理器(NPU)、数字信号处理器(DSP)等等。在RAM中，还存储有终端设备操作所需的各种程序和数据。处理器、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。

上述处理器与存储器共同用于执行存储在存储器中的程序，所述程序被计算机执行时能够实现上述各实施例描述的方法、步骤或功能。

尽管未示出，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的目标间微多普勒串扰抑制方法。

在本发明的实施例的存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动的可以由任何方法或技术来实现信息存储的物品。存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。