[發明專利]脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制方法

有效

• 申請號: 202110304755.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113064121B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 方廣有;史城;葉盛波
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S7/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本公開提供一種脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制方法，包括：獲取穿墻雷達回波數據矩陣，初始化基矩陣和系數矩陣，設置迭代總次數和正則化參數；對所述穿墻雷達回波數據矩陣進行預處理；對預處理后的穿墻雷達回波數據矩陣進行處理，得到距離?頻率矩陣；固定基矩陣和系數矩陣，計算稀疏矩陣，并更新稀疏矩陣；固定稀疏矩陣，更新基矩陣和系數矩陣；對基矩陣和系數矩陣進行歸一化處理；以及完成迭代處理后，輸出稀疏矩陣，獲得脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制后的目標的呼吸信號。

技術領域

本公開涉及雷達技術領域，尤其涉及一種脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制方法。

背景技術

超寬帶雷達由于自身的距離分辨率高、穿透能力強等優勢，被廣泛應用于穿墻成像和災后救援等場景。作為時域體制雷達，超寬帶脈沖雷達發射時間上很窄的脈沖信號，雷達系統結構簡單，性價比高，可以直接獲得探測區域的脈沖響應函數，因而應用最為廣泛。人體呼吸引起胸腔有規律的微小移動，利用其產生的多普勒頻率是檢測墻后人體目標的重要依據。

為了提高雷達的探測距離，增加發射功率是一種簡單有效的方法。但是，發射功率越高，發射信號的時間抖動越大，發射脈沖之間的間隔將不是固定的，而是滿足高斯分布的隨機變化。這樣，墻體、樓板等靜止目標散射的雜波將不再是靜態雜波，而是隨慢時間變化的動態雜波。雜波信號能量很高，影響人體呼吸信號的檢測，容易造成虛警、誤警。并且動態雜波所占據的頻帶與人體呼吸信號相同，增加了在頻域將二者分離的難度。

抑制時間抖動造成的動態雜波的現有技術主要分硬件和軟件兩個方面。硬件方面，可以根據低頻率雷達對人體胸腔微動不敏感的特性，將脈沖穿墻雷達設置成雙頻雷達，采用低頻和高頻兩種頻段對墻后人體目標進行探測，然后兩頻段回波數據相減即可得到人體呼吸信號，抑制動態雜波信號。然而上述方法基于雙頻的脈沖穿墻雷達是一種硬件層面的解決辦法，相比于單頻雷達，其增加了系統的成本與復雜度。軟件方面，奇異值分解方法(Singular?Value?Decomposition，SVD)是人體呼吸檢測中較為傳統的動態雜波抑制方法，同時也能將回波信號中的加性高斯白噪聲進行抑制。其通過舍棄較大的特征值對應的特征向量來實現對動態雜波的抑制。最近，基于低秩和稀疏表示的數學理論得到了廣泛應用，其將一個數據矩陣表示成兩部分的和，一部分為低秩矩陣，一部分為稀疏矩陣，廣泛應用于圖像去噪，圖像分類等應用。然而基于SVD的動態雜波抑制方法，將大的特征值對應的特征向量舍棄，來實現動態雜波抑制。然而大的特征值對應的特征向量并不能完全包含動態雜波的信息，并且特征值的選取受到人為因素的影響。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述問題，本公開提供了一種脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制方法，以緩解現有技術中抑制雷達時間抖動雜波時采用硬件方式時成本過高，采用軟件方式時特征值的選取不夠精確等技術問題。

(二)技術方案

本公開提供一種脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制方法，包括：獲取穿墻雷達回波數據矩陣，初始化基矩陣和系數矩陣，設置迭代總次數和正則化參數；對所述穿墻雷達回波數據矩陣進行預處理；對預處理后的穿墻雷達回波數據矩陣進行處理，得到距離-頻率矩陣；固定基矩陣和系數矩陣，計算稀疏矩陣，并更新稀疏矩陣；固定稀疏矩陣，更新基矩陣和系數矩陣；對基矩陣和系數矩陣進行歸一化處理；以及完成迭代處理后，輸出稀疏矩陣，獲得脈沖穿墻雷達時間抖動雜波抑制后的目標的呼吸信號。

在本公開實施例中，對所述穿墻雷達回波數據矩陣進行預處理，包括：抑制回波信號的靜態背景信息；抑制過采樣導致的高頻噪聲；以及進行數值歸一化，進一步增強呼吸信號。

在本公開實施例中，采用基于指數平均的自適應背景移除方法抑制回波信號的靜態背景信息。

在本公開實施例中，通過帶寬與發射信號一致的距離帶通濾波器抑制過采樣導致的高頻噪聲。

在本公開實施例中，對預處理后的穿墻雷達回波數據矩陣進行處理包括：進行慢時間維度上的快速傅里葉變換并進行加窗處理。