[發明專利]運動目標實時跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811134811.5
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109239703B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 葉盛波;劉新;楊光耀;楊亮;閻焜;陳忠誠;張群英;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/66
• 分類號: G01S13/66;G01S7/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

一種運動目標實時跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟：S1，收集雷達的原始回波數據，并對其進行預處理；S2，采用三幀差分法從經過預處理后的數據中提取運動目標信息，得到含有運動目標信息的回波信號；S3，采用希爾伯特變換提取回波信號的信號包絡，得到一個時刻的雷達波形圖；S4，根據雷達波形圖判斷是否存在運動目標，若不存在則以該雷達波形圖的結果顯示，若存在則進入步驟S5；S5，提取運動目標的位置信息，并對位置信息進行濾波處理后，輸出更新后的位置信息并進行顯示。本發明能有效提高運動目標回波信號的信噪比，且提高了系統跟蹤目標的穩定度。本發明尤其適用于穿墻雷達復雜環境下的人體目標實時跟蹤。

技術領域

本發明屬于雷達探測領域，具體涉及一種運動目標實時跟蹤方法。

背景技術

超寬帶穿墻雷達具有優異的穿透性、超高的距離分辨率和定位精度，因此被廣泛用于消防應急救援、軍事反恐和城市巷戰等場景中，來探測墻體等障礙物后的被困群眾、犯罪分子或人質具體位置和活動范圍等。超寬帶穿墻雷達的原始回波數據非常復雜，不僅包含人體運動目標的回波，還包含有天線直耦波，墻壁、地面、天花板和被測環境中的靜止目標所產生的反(散)射回波，雷達硬件系統不穩定造成的抖動和干擾以及隨機熱噪聲等大量噪聲雜波。在實際應用場景中，由于人體目標的雷達散射截面積較小、反射率較低、距離雷達較遠，導致其回波非常微弱，信噪比低，通常會被淹沒在上述噪聲雜波中，使得對人體目標進行探測的難度大大增加。因此超寬帶穿墻雷達信號處理的首要任務是運動目標檢測，即去除原始回波數據中的非運動目標回波，將運動目標回波信息提取出來。

傳統的運動目標信號提取方法多是采用基于相鄰對消法或者指數平均法去除背景信號，來提取出運動目標信息。相鄰對消法是指將兩道相鄰回波數據逐點相減，以去除靜止或移動緩慢的物體及背景，達到提取動目標信息的目的。指數平均法不斷采用當前回波信號更新背景信號，同時具有較好的實時性，其基本原理是當前背景估計值由前慢時時刻背景估計值與當前回波共同決定。實際上相鄰對消法是指數平均法的一個特例，即當更新率等于0時，指數平均法退化為相鄰對消法。然而指數平均法的當前背景估計受到前面背景估計的影響，并不是當前背景的最佳估計，使得運動目標回波信號的信噪比不是最佳。

因此，在傳統的穿墻雷達運動目標檢測和跟蹤算法中，使用基于相鄰對消法或者指數平均法去除背景信號提取運動目標信息，存在以下的明顯缺陷：運動目標的回波信號不能獲得最大的信噪比，很容易被淹沒在噪聲里；無法消除距離旁瓣和多徑等干擾；當運動目標由運動變為靜止時，容易丟失跟蹤的目標。

發明內容

針對上述問題，為了提高運動目標的回波信號的信噪比，避免丟失跟蹤的目標，本發明提出了一種運動目標實時跟蹤方法，包括如下步驟：

S1，收集雷達的原始回波數據，并對其進行預處理；

S2，采用三幀差分法從經過預處理后的數據中提取運動目標信息，得到含有運動目標信息的回波信號；

S3，采用希爾伯特變換提取所述回波信號的信號包絡，得到一個時刻的雷達波形圖；

S4，判斷所述雷達波形圖中是否存在運動目標，若不存在則以該雷達波形圖的結果顯示，若存在則進入步驟S5；

S5，提取運動目標的位置信息，并對所述位置信息進行濾波處理后，輸出更新后的所述位置信息并進行顯示。

在一些實施例中，在步驟S5中，采用恒虛警率檢測來提取運動目標的所述位置信息。

在一些實施例中，在步驟S5中，先對所述位置信息進行閾值濾波，再對閾值濾波的結果進行卡爾曼跟蹤濾波。

在一些實施例中，進行所述卡爾曼跟蹤濾波時，卡爾曼濾波模型如下式所示：

X_t＝A_t，t-1X_t-1+W_t