穿墙成像雷达扩展目标跟踪技术研究

摘要

穿墙成像雷达利用低频电磁波穿透墙体对墙后的目标进行探测，可用于国土安全、自然灾害搜救、危机处理等军用或民用领域。由于穿墙成像雷达的高分辨率，人体目标在图像上占据多个像素点，其强机动性使目标图像的形状、大小不固定，多目标相互作用下的漏警、虚警，增大了实际人体目标稳健跟踪的难度。本文主要针对穿墙成像雷达人体扩展目标稳健跟踪的问题，从成像、图像预处理方法、扩展目标成像后跟踪方法等方面开展了如下工作： 1、针对人体目标的多散射特性，将人体目标建模为扩展目标模型，建立了穿墙成像雷达的回波信号模型；针对墙体回波对距离像和成像的影响，研究了基于一次对消器和图像自聚焦的数据预处理方法，提高了距离像的信杂比，缓解了图像不聚焦的问题；分析了MIMO阵列的栅瓣干扰对成像质量的影响，对比了基于ECF加权和PCF加权的图像预处理方法，利用实测数据验证了基于PCF加权的图像预处理方法对栅瓣干扰的抑制效果更好，为后续的成像后跟踪奠定了基础。 2、针对单扩展目标成像后跟踪问题，提出了一种穿墙雷达单扩展目标图像域跟踪架构，降低了成像后跟踪的计算复杂度；针对单扩展目标图像分裂问题，改进了一种基于幅度直方图的均值漂移算法，提高了跟踪单个分裂扩展目标的精度和稳定度；针对人体目标机动性强、漏警导致的目标暂时丢失问题，改进了一种基于幅度直方图的粒子滤波器，改善了目标暂时丢失情况下的跟踪问题，增强了跟踪机动人体目标的稳健性，在短时间漏警的情况下也能实现连续平滑地跟踪。 3、针对多扩展目标成像后跟踪问题，结合单扩展目标图像域跟踪架构，提出了多扩展目标图像域跟踪架构；针对目标尺度变化与多目标相互遮挡问题，改进了均值漂移算法并融合了卡尔曼滤波器，提出了基于多算法融合的多扩展目标图像域跟踪方法，在目标遮挡情况下比仅使用均值漂移算法具有更优的跟踪性能，具有稳健的多扩展目标跟踪性能；针对小孔径穿墙雷达方位分辨率低、多目标图像重叠的问题，分析了斜椭圆形扩展目标模型，提出了基于ET-JPDA的穿墙雷达多扩展目标成像后跟踪算法，与图像域跟踪相比，变尺度的跟踪框更贴合目标的轮廓，在目标图像重叠时有更稳健的跟踪效果。 以上成像和跟踪算法，已通过实测数据验证，被证实能够在实际场景中对单个或多个运动人体目标进行稳健地跟踪。

目录

第一章 绪论

1.2国内外研究动态

1.2.1点目标模型下的人体目标跟踪

1.2.2扩展目标模型下的人体目标跟踪

1.3本文主要工作

第二章 穿墙雷达成像与图像预处理方法

2.2数据预处理方法

2.2.1背景杂波抑制

2.2.2墙体固定时延补偿

2.3后向投影成像方法

2.4图像预处理方法

2.4.1栅瓣抑制方法

2.4.2基于空域滤波的图像平滑方法

2.4.3实测验证

2.5本章小结

第三章 单扩展目标成像后跟踪方法

3.1扩展目标图像区域提取方法

3.1.1扩展目标检测

3.1.2扩展目标区域确定

3.1.3幅度直方图

3.2基于均值漂移的单扩展目标图像域跟踪算法

3.2.1算法描述

3.2.2实测验证

3.3基于粒子滤波的单扩展目标图像域跟踪算法

3.3.1算法描述

3.3.2实测验证

3.4本章小结

第四章 多扩展目标成像后跟踪方法

4.1.1改进的均值漂移算法

4.1.2卡尔曼滤波

4.1.3多算法融合

4.1.4实测验证

4.2基于ET-JPDA的多扩展目标成像后跟踪算法

4.2.1斜椭圆形扩展目标的建模

4.2.2扩展目标的联合概率数据关联算法

4.2.3基于ET-JPDA的成像后跟踪算法

4.2.4实测验证

4.3本章小结

第五章 结束语

5.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果