專利名稱：一種穿墻雷達耦合信號的實時抑制方法
技術領域：
本發明屬于穿墻雷達探測領域，涉及一種可用于穿墻雷達探測的耦合信號的實時抑制方法。
背景技術：
在穿墻雷達中，回波信號包括目標信號、雜波信號、噪聲信號以及耦合信號。其中，耦合信號存在于收發天線之間，其信號幅度很強且持續時間較長，往往會覆蓋掉近距離目標的回波信號。因此，穿墻雷達在探測近距離目標時，必須抑制耦合信號的干擾。通常，耦合信號被認為是穩定的來進行抑制。然而，在實際的穿墻雷達中，系統抖動是不可避免的，其持續時間往往在1(Γ150皮秒范圍內，這使得耦合信號的幅度和時延不能保持穩定。如若不考慮系統抖動而對耦合信號進行抑制，抑制后的殘留足以引起虛警。因此，如何較為徹底地抑制稱合信號干擾，提高SCR(Signal-to_Clutter Ratio,信雜比),成為穿墻雷達探測近距尚目標時的關鍵。在穿墻雷達中，常見的耦合信號抑制方法有三種:距離門方法、MTI (MovingTarget Indication運動目標指示)方法和背景相消方法。一、距離門方法。距離門方法基于耦合信號往往出現在較近距離單元上的事實，選取合適的包含耦合信號的距離門，將距離門內的回波信號直接去除或者置零，實現對耦合信號的抑制。如文獻:Attiya, A.M.，A.Bayram, A.Safaa1-Jazi, and S.M.Riad, UffB applications forthrough-wall detection.1EEE Antennas and Propagation Society InternationalSymposium, 2004。在探測近距離目標時，這種方法是不可取的。在穿墻雷達中，雷達發射信號的拖尾持續時間越長，耦合信號覆蓋的范圍越大，往往可達3米。距離門方法在去除耦合信號的同時，也將近距離目標的回波信號一并去除，造成穿墻雷達產生探測盲區，限制了穿墻雷達的探測距離。二、MT I 方法。MTI方法假定耦合信號的時延和幅度保持穩定，把耦合信號當作一種雜波信號進行抑制處理。如文獻:Lazaro, A.，D.Girbau, and R.Villarino, Analysis of vital signsmonitoring using an IR-UffB radar.Progress In Electromagnetics Research-Pier, V
ol.100，265-284，2010。上述文獻利用二脈沖對消器對耦合信號進行抑制。二脈沖對消器結構簡單，只需將當前時刻脈沖回波信號減去前一個時刻的脈沖回波信號，不需乘法運算，運行效率高。通過級聯二脈沖對消器，可以擴展到N脈沖對消器。如文獻:RichardS，M.A., Fundamentals of radar signal processing, McGraw-Hill, New York, 2005。MTI方法由于未考慮稱合信號的不穩定性,相對于微弱的目標回波信號而言禹合信號抑制后的殘留依舊很高；同時由于靜止目標回波和雜波信號混疊在一起，MTI方法會把二者一并濾除。
三、背景相消方法。背景相消方法選取一定數量的歷史回波信號估計背景，然后與當前時刻回波信號相減，完成稱合信號的抑制。如文獻:Zetik, R., S.Crabbeb, J.Krajnakc, P.Peyerld, J.Sachsa, and R.Thomaa，Detection and localization of persons behind obstaclesusing M—sequence through-the-walI radar, Proceedings of SPIE on Conference onSensors, and Command, Control, Communications,and Intelligence(C31)Technologiesfor Homeland Security and Homeland Defense V, 2006。依據背景估計方法的不同，背景相消法可分為:全局平均背景相消、滑動平均背景相消和指數滑動平均背景相消。全局平均背景相消方法將全部歷史回波信號加以平均，估計背景；滑動平均背景相消方法則選取滑動窗內回波信號的均值作為背景；指數滑動平均背景相消方法兼容了前兩種方法之所長，對于歷史回波信號賦予逐漸收斂為零的權值，估計背景，如文獻:陳潔，超寬帶雷達信號處理及成像方法研究，博士學位論文，中國科學院研究生院(電子學研究所)，2007。背景相消方法雖然對于不同運動狀態的目標有良好的適應性，但在抑制耦合信號時，同樣未考慮耦合信號的不穩定性，耦合信號抑制后的殘留依舊很強。
發明內容
發明目的:本發明提供一種抑制耦合信號的實時有效方法，改善SCR，降低穿墻雷達在探測近距離目標時耦合信號抑制后的殘留虛警。技術方案:對于利用穿墻雷達進行穿墻探測時獲得的N時刻回波信號，進行下述處理:當N=I時，對該時刻的回波信號進行時域8倍插值，基于插值后的回波信號的最大值，歸一化該時刻插值后的回波信號，即得到該時刻的幅度補償后的回波信號，上述歸一化處理即是對插值后的回波信號進行幅度補償。當N > 2時，首先對N時刻的回波信號進時域8倍插值；其次，基于插值后的N時刻回波信號的最大值，歸一化N時刻插值后的回波信號，即得到N時刻的幅度補償后的回波信號，上述歸一化處理即是對插值后的回波信號進行幅度補償；然后，計算時刻I到時刻N-1之間所有幅度補償后的回波信號的均值，作為參考信號，與N時刻幅度補償后的回波信號作互相關運算，搜索出互相關運算結果中最大值的位置作為時延值，對N時刻幅度補償后的回波信號進行時延補償；最后，對N時刻時延補償后的回波信號，采用指數滑動平均背景相消方法，完成對N時刻耦合信號的抑制。有益效果:本發明通過對耦合信號的幅度和相位進行補償，消除了系統抖動對耦合信號穩定性的影響，結合指數滑動平均背景相消，進而成功地解決了常規背景相消方法抑制耦合信號時殘留較大的問題，降低了穿墻雷達探測近距離目標時耦合信號抑制后殘留引起的虛警。
圖1是本發明耦合信號抑制流程圖；圖2是在穿墻探測近距離人體目標時未經耦合信號抑制處理的實驗結果；圖3是指數滑動平均背景相消法在穿墻探測近距離人體目標時耦合抑制處理實驗結果；圖4是本發明在穿墻探測近距離人體目標時耦合抑制處理實驗結果；圖5是本發明中雷達參數。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的解釋。本發明中穿墻雷達工作在貼墻模式下，天線保持靜止不動，應用本發明所闡述的耦合信號抑制法對耦合信號進行抑制。本發明提出的耦合信號抑制法通過上述穿墻雷達進行了實驗驗證，實驗結果證明了本發明的有效性。該穿墻雷達參數如圖5所示。
選取厚度為30厘米的磚墻，在墻壁一側離墻1.5米處，靜止站立一個身高1.75米的人體目標。穿墻雷達貼墻放置在墻壁另外一側。根據圖1，完成耦合信號的抑制需經過以下步驟:(a)當時刻N=I時，對N時刻的回波信號進行時域8倍插值，計算N時刻插值后回波信號的最大值札，將N時刻插值后的回波信號除以最大值M1，即得到N=I時刻幅度補償后的回波信號；當時刻N彡2時，進行下述(b) IlJ Cf)步驟:(b)對N時刻的回波信號進行時域8倍插值；(C)計算步驟(b)所得結果的最大值Mn，將步驟(b)所得結果除以最大值Mn，即得到N時刻幅度補償后的回波信號；(d)計算時刻I到時刻N-1之間所有幅度補償后的回波信號的均值，作為參考信號，與N時刻幅度補償后的回波信號作互相關運算，得到互相關運算結果；(e)搜索步驟(d)所得結果中最大值的位置，作為時延值，對N時刻幅度補償后的回波信號進行時延補償，即得到N時刻時延補償后的回波信號；(f)對步驟(e)所得結果，采用指數滑動平均背景相消方法，完成N時刻耦合信號的抑制。圖2是在穿墻探測近距離人體目標時未經耦合信號抑制處理的實驗結果；圖3是指數滑動平均背景相消法在穿墻探測近距離人體目標時耦合抑制處理實驗結果；圖4是本發明在穿墻探測近距離人體目標時耦合抑制處理實驗結果。圖2、圖3和圖4中的橫坐標表示處理的脈沖數，縱坐標表示探測距離。穿墻雷達探測實驗結果表明，未經耦合信號抑制處理時，1.5m處的目標回波信號完全被耦合信號淹沒；采用指數滑動平均背景相消法能夠抑制耦合信號，但0.5m處殘留的耦合信號很強；而本發明提出的耦合信號抑制方法可有效消除穿墻雷達系統抖動對耦合信號穩定性的影響，不僅成功保留了 1.5m處的人體目標回波，而且有效地消除了其它距離處的耦合信號，解決了常規背景相消方法抑制耦合信號時殘留較大的問題。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種穿墻雷達耦合信號的實時抑制方法，其特征在于，對于利用穿墻雷達進行穿墻探測時獲得的N時刻回波信號，進行下述處理: 當N=I時，對該時刻的回波信號進行時域8倍插值，基于插值后的回波信號的最大值，歸一化該時刻插值后的回波信號，即得到該時刻的幅度補償后的回波信號； 當N > 2時，首先對N時刻的回波信號進時域8倍插值；其次，基于插值后的N時刻回波信號的最大值，歸一化N時刻插值后的回波信號，即得到N時刻的幅度補償后的回波信號；然后，計算時刻I到時刻N-1之間所有幅度補償后的回波信號的均值，作為參考信號，與N時刻幅度補償后的回波信號作互相關運算，搜索出互相關運算結果中最大值的位置作為時延值，對N時刻幅度補償后的回波信號進行時延補償；最后，對N時刻時延補償后的回波信號，采用指數滑動平均背景相消方法，完成對N時刻耦合信號的抑制。
全文摘要
本發明提供一種穿墻雷達耦合信號的實時抑制方法。技術方案是對回波信號進時域8倍插值；其次，基于插值后的回波信號的最大值，歸一化插值后的回波信號，即得到幅度補償后的回波信號；然后，計算以前時刻所有幅度補償后的回波信號的均值，作為參考信號，與當前時刻幅度補償后的回波信號作互相關運算，搜索出互相關運算結果中最大值的位置作為時延值，對當前時刻幅度補償后的回波信號進行時延補償；最后，對當前時刻時延補償后的回波信號，采用指數滑動平均背景相消方法，完成對當前時刻耦合信號的抑制。本發明降低了穿墻雷達探測近距離目標時耦合信號抑制后殘留引起的虛警。
文檔編號G01S7/36GK103091664SQ20131004092
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者朱國富, 胡俊, 周智敏 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學