超宽带穿墙成像雷达室内运动人体检测方法研究

摘要

超宽带穿墙雷达是能够对建筑物后隐藏目标进行成像的新型雷达，在人质救援、生命探测、室内布局、反恐斗争等领域具有广泛的应用前景。近年来室内运动人体目标检测成为国内外学者研究的热点课题，由于电磁波在复杂的室内场景中会产生多次衰减、折射、反射等不可避免的物理现象，使得回波呈现畸变、模糊、杂乱、微弱，导致室内运动人体目标回波淹没在大量的杂波中。因此，利用传统的相邻两帧(多帧)数据作差，实现运动人体目标检测，将会出现一系列的问题，如：运动人体目标的特征信息无法完整保留、静止目标像出现在运动人体目标检测图中以及严重的多径虚假像干扰运动目标检测。针对这些问题，本文提出一种先对单帧数据进行高分辨成像，然后进行多帧检测图像融合的运动人体目标检测方法。主要研究工作包括以下几个方面： 1、根据室内运动人体目标回波复杂多变的特点，本文进行了系统分析验证，并得出了运动人体目标回波的组成成分。首先基于电磁波的传播特性对室内电磁波的传播路径进行详细分析，并通过各路径时延和相邻两帧数据相减来构建室内运动目标回波信号模型，最后分析并总结验证回波模型中存在的问题。仿真和实验结果表明，室内运动人体目标成像图中杂波多、旁瓣严重、目标特征信息无法完整保留，且多径虚假像跟随目标移动，这对室内运动人体目标的准确检测造成了很大干扰。 2、针对现有超宽带穿墙雷达稀疏成像算法无法对室内运动人体目标进行高分辨成像的问题，提出一种基于贝叶斯证据框架的自适应稀疏成像方法。该方法首先利用组合字典独立稀疏表示场景中的点目标和扩展目标，然后在建立的偏离网格稀疏表示模型的基础上分层最大化各参数的似然函数，用第1层推理结合共轭梯度算法估计组合字典的各稀疏表示系数，用第2层推理估计正则化参数和目标的偏离网格量，最终通过迭代优化参数的设置得到问题的求解。仿真和实验结果表明，该方法不仅同时自适应增强穿墙场景中的点目标和扩展目标，还消除了偏离网格目标引起的虚假像。 3、针对多径虚假像干扰室内运动人体目标检测的问题，提出一种多径产生虚假像机理分析及抑制方法。该方法首先构建目标之间以及目标和墙壁之间的多径传播模型，然后利用双圆解析表达式方法得到多径虚假像的位置与目标位置、子孔径位置、子孔径大小之间的关联性，并由此分析室内多径虚假像产生机理，最后通过子孔径双层融合方法抑制多径虚假像。仿真和实验结果表明它可以有效抑制多径虚假像，从而验证了理论分析的可行性。

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第一章 绪论

§1.1 选题背景及意义

§1.2 国内外研究现状分析

§1.3 本论文研究内容和结构安排

第二章 室内目标回波信号分析

§2.1 引言

§2.2 多径传播模型分析

§2.3 运动回波信号提取

§2.4 仿真与实验结果分析

§2.5 本章小结

第三章 组合字典下自适应稀疏成像方法

§3.1 引言

§3.2 稀疏表示模型

§3.3 证据框架下的自适应稀疏成像方法

§3.4 仿真与实验结果分析

§3.5 本章小结

第四章 多径产生虚假像机理分析及抑制方法

§4.1 引言

§4.2多径虚假像形成机理分析

§4.3 子孔径双层融合成像方法

§4.4 仿真与实验结果分析

§4.5 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 论文工作总结

§5.2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果