专利名称：基于逆边界散射变换的超宽带雷达人体运动目标成像方法
技术领域：
本发明涉及一种基于逆边界散射变换的超宽带雷达人体运动目标成像方法，具体 涉及在有限距离下超宽带雷达系统对运动人体目标实时跟踪成像技术。
背景技术：
对运动人体目标跟踪成像要求系统有较好的实时性，对成像算法也提出了较高 的要求。传统的超宽带成像算法在识别能力及计算效率上已不能满足要求。如三圆定位 (Trilateration)方法只能对点目标定位成像，并且存在多个目标时难以求解。时域后向投 影(BP，Back-Projection)算法计算量大，成像效果也不尽人意。近年来，有学者提出了基于逆边界散射变换的成像算法，该算法主要是利用 了目标边界形状和接收脉冲延迟之间存在逆边界散射变换(IBST，Inverse Boundary Scattering Transform)的特性，其最大的优越性在于直接完成由准波前到目标边界的转 换计算，计算时间非常短，且可以对目标边界形状清晰成像。如

图1所示全向天线沿χ轴方 向移动扫描，天线扫描到位置(X，0)时，回波沿与目标边界垂直方向返回，根据每一个天线 扫描位置处的回波可以得到发射脉冲的相应延迟t，接收回波准波前Y = ct/2，提取出所有 天线回波准波前即构成了图2中数据空间，由图中几何关系可以得到边界散射变换(BST， Boundary Scattering Transform)，它描述了目标边界点(x，y)与准波前(X，Y)之间的关 系
权利要求
1.一种基于逆边界散射变换的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，包括 步骤如下1)沿方位向设置一发二收固定天线阵列；2)建立超宽带雷达运动人体目标成像场景模型，设置成像所需系统参数；3)建立人体目标运动速度与角度集合Ivi,θ」}；4)输入某时间段内两个接收天线回波信号，并对输入的回波信号进行累积平均和匹配 滤波处理，得到高信噪比输出信号；5)对高信噪比信号进行拟合插值，提取准波前{YJ和{Y2}；6)对于Ivi,θ」}集合中的元素，利用基于收发分置雷达的逆边界散射变换分别计算出 两个接收天线对应坐标系下的目标边界图像Q'及Q"；7)对Q'和Q"进行坐标变换，得到新图像Q1和Q2；8)找到在新坐标系下两次成像仏和仏匹配时的(Vi，θρ作为目标运动速度与运动方 向的最终估计值，对应的图像为目标边界成像；9)对8)步中估计的目标运动速度与方向计算目标方位向及距离向运动轨迹，从而合 成为目标运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤1)的一发二收固定天线阵列，发射天线置于两个接收天线中间，三天线的方向朝向同一边， 共处于同一水平面上。
3.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤2)中的设置成像所需系统参数包括 成像区域大小；天线位置坐标； 慢时采样间隔，及 采样时间段长度。
4.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤3)中，由于人体运动速度及运动角度均是有限的，假设人体运动最大速度为Vmax，建立人体 运动速度集合Vi= {±(i*vmax/M) ；i = 1,2,…，M}，集合中共有M个元素，建立角度集合 θ j = {-Ji/2+(j-l)*Ji/(2N) ； j = 1,2,…，2N+1}，代表人体运动方向与方位向夹角，集合 中共有2N+1个元素。
5.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤4)中，在坐标(X，0)处天线接收回波中为s'(X，Y)，首先去除天线直达波，为了提高信噪 比，天线阵原始回波数据经过累积平均和匹配滤波处理后输出为s(X，Y)，其中，Y为(x，o) 位置处天线的接收回波准波前Y = ct/2, t为(X，0)位置处天线的接收回波相对发射脉冲 的时间延迟，c为光速。
6.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤5)中，是用三次样条函数对高信噪比信号进行拟合插值。
7.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤6)中利用基于收发分置雷达的逆边界散射变换得到两个接收天线对应坐标系下的目标边 界图像Q'及Q"的计算步骤为6-1)根据步骤5)中接收天线R1回波数据提取出的准波前得到O^Y1) 为将人体运 动等效为天线运动扫描后收发天线对T与R1的中点扫描位置 ，2K-1，At为天线慢时采样时间间隔X1 (k) = vjt其中，t = (k_K)*At，k = 1,2, 收发天线间隔为 2d' = 2d cos θ j其中，2d为原坐标系下接收天线与发射天线间距。6-2)将(XnY1)与d'代入基于收发分置雷达的逆边界散射变换
8.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤 7)中，利用坐标系旋转平移变换公式将Q'及Q"变换到坐标系xoy，下
9.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤8)中，当两次成像结果差别最小时计算出目标速度和方向估计值最接近真实值，即
10.根据权利要求1所述的超宽带雷达人体运动目标成像方法，其特征在于，所述步骤9)中，根据8)步中所得的目标速度vx、vy及时间间隔At计算出目标方位向及距离向运动 轨迹
全文摘要
一种基于逆边界散射变换的超宽带雷达人体运动目标成像方法建立超宽带雷达运动目标场景模型，设置成像参数；建立目标运动速度与角度集合；输入两个接收天线的回波信号，进行累积平均和匹配滤波处理，得高信噪比输出信号；利用三次样条函数对输出信号拟合插值运算，提取准波前；对集合中的元素，利用基于收发分置雷达的逆边界散射变换分别计算出两个接收天线对应坐标系下的目标边界图像；进行坐标变换，找到新坐标系下两次成像匹配时的(vi，θj)作为目标运动速度与运动方向的估计值，对应图像为目标边界成像；用估计值计算目标方位向及距离向运动轨迹，再合成目标运动轨迹。本发明对系统硬件要求低，可实现对运动目标边界成像，能计算出运动轨迹。
文档编号G01S13/89GK102129072SQ201010034288
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者吴世有, 吴秉横, 孟升卫, 方广有, 陈洁, 黄琼 申请人:中国科学院电子学研究所