基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法和系统

本发明涉及位移测量的，具体地，涉及基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法和系统。

背景技术：

1、非接触式位移测量是力学测试与工程感知的重要手段，是科研与工程人员关注和研究的重点。由于强穿透性和缓慢衰减，非接触式微波位移测量新技术在远距离场景中具有极大优势。然而随着被测目标距离增大或雷达截面积小，目标反射能力变弱，基于微波的位移测量方法难以识别微弱目标的位置，且测量微弱目标位移的准确度下降，甚至失败。因此，研究基于微波的微弱目标识别与位移测量方法十分重要。

2、现存基于微波的目标位移测量方法都基于目标强反射的假设，默认信号具有高信噪比。目标识别概率与位移测量准确度均与信噪比成正相关。然而随着被测目标距离增大或雷达截面积减小，目标反射能力变弱，信号信噪比降低，目标识别概率降低，位移测量准确度下降。因此，现有方法不能满足微弱目标位移测量的要求。

3、因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法和系统。

2、根据本发明提供的一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，所述方法包括如下步骤：

3、步骤s1：对收到的微波信号采样并成像得到热图；

4、步骤s2：估计静态杂波参数，并将静态杂波从热图中消除，得到含噪声动态信号；

5、步骤s3：将含噪声动态信号分割成多组信号，对每组信号使用长时相干积累，提升微弱目标信噪比；

6、步骤s4：提取微弱目标的位移。

7、优选地，所述步骤s1包括如下步骤：

8、步骤s1.1：天线发射线性调频连续波信号，用包含阵列天线的雷达系统接收信号；

9、步骤s1.2：对接收信号进行处理，得到成像热图，热图将空间划分为多个距离和角度单元以显示多个目标的分布；由于分辨率不足或多径反射，一个单元内的信号由多个目标反射的回波组成。

10、优选地，所述步骤s2包括如下步骤：

11、步骤s2.1：通过对热图每个或特定区域距离-角度单元的复矢量序列拟合圆，根据圆心位置估计静态杂波参数；

12、步骤s2.2：得到静态杂波参数后，将静态杂波从热图中消除，得到动态信号。

13、优选地，所述步骤s3包括如下步骤：

14、步骤s3.1：依据包括先验运动信息、粗略测量信息在内的信息将动态信号等间隔或不等间隔分割成多组信号；

15、步骤s3.2：对每组信号使用长时相干积累；在每组信号中，将目标运动建模为运动参数的多元函数；沿着运动路径对信号进行积分，得到高信噪比的图像。

16、优选地，所述步骤s4中：

17、高信噪比图像相位变化与目标位移成正相关关系，因此首先获得高信噪比图像的相位差值δα，那么目标位移δx表示为：

18、

19、其中λ是线性调频连续波中心频率对应的波长。

20、本发明还提供一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，所述系统包括如下模块：

21、模块m1：对收到的微波信号采样并成像得到热图；

22、模块m2：估计静态杂波参数，并将静态杂波从热图中消除，得到含噪声动态信号；

23、模块m3：将含噪声动态信号分割成多组信号，对每组信号使用长时相干积累，提升微弱目标信噪比；

24、模块m4：提取微弱目标的位移。

25、优选地，所述模块m1包括如下模块：

26、模块m1.1：天线发射线性调频连续波信号，用包含阵列天线的雷达系统接收信号；

27、模块m1.2：对接收信号进行处理，得到成像热图，热图将空间划分为多个距离和角度单元以显示多个目标的分布；由于分辨率不足或多径反射，一个单元内的信号由多个目标反射的回波组成。

28、优选地，所述模块m2包括如下模块：

29、模块m2.1：通过对热图每个或特定区域距离-角度单元的复矢量序列拟合圆，根据圆心位置估计静态杂波参数；

30、模块m2.2：得到静态杂波参数后，将静态杂波从热图中消除，得到动态信号。

31、优选地，所述模块m3包括如下模块：

32、模块m3.1：依据包括先验运动信息、粗略测量信息在内的信息将动态信号等间隔或不等间隔分割成多组信号；

33、模块m3.2：对每组信号使用长时相干积累；在每组信号中，将目标运动建模为运动参数的多元函数；沿着运动路径对信号进行积分，得到高信噪比的图像。

34、优选地，所述模块m4中：

35、高信噪比图像相位变化与目标位移成正相关关系，因此首先获得高信噪比图像的相位差值δα，那么目标位移δx表示为：

36、

37、其中λ是线性调频连续波中心频率对应的波长。

38、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

39、1、本发明通过搭建线性调频连续波微波收发器系统，为运动微弱目标位移测量提供了一种集成度高、测量精度高、适用范围广、操作便捷的非接触式位移测量方法及系统；

40、2、本发明旨在通过偏移补偿方法，消除静态杂波对运动微弱目标位移测量的干扰；通过长时相干积累提升微弱目标的信噪比，增加目标定位与识别能力，提高位移测量的精度；

41、3、本发明提供一种基于微波感知的微弱目标位移测量方法及系统，通过fmcw微波收发器对待测范围内的所有目标的成像，偏移补偿方法，消除静态杂波对微弱目标位移测量的干扰；并通过长时相干积累提升微弱目标的信噪比，拥有更高的目标探测概率，提高目标位移测量的精度；

42、4、本发明提出的基于线性调频连续波微波收发器的微弱目标位移测量方法及系统，可以实现复杂环境下微弱目标的位移测量；

43、5、本发明提出的通过偏移补偿和长时相干积累，消除静态杂波对运动微弱目标位移测量的干扰，提升微弱目标的信噪比，获得高准确度位移的方法。

技术特征：

1.一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，其特征在于，所述步骤s1包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，其特征在于，所述步骤s2包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，其特征在于，所述步骤s3包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法，其特征在于，所述步骤s4中：

6.一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：

7.根据权利要求6所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，其特征在于，所述模块m1包括如下模块：

8.根据权利要求6所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，其特征在于，所述模块m2包括如下模块：

9.根据权利要求6所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，其特征在于，所述模块m3包括如下模块：

10.根据权利要求6所述的基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量系统，其特征在于，所述模块m4中：

技术总结本发明提供一种基于微波感知的微弱目标探测识别及位移测量方法和系统，包括：对收到的微波信号采样并成像得到热图；通过偏移补偿方法拟合热图复矢量信号，估计静态杂波参数，并将静态杂波从热图中消除，得到含噪声动态信号；将含噪声动态信号分割成多组信号，对每组信号使用长时相干积累，提升微弱目标信噪比；从高信噪比动态信号中提取目标位移。本发明通过搭建线性调频连续波微波收发器系统，为运动微弱目标位移测量提供集成度高、测量精度高、适用范围广、操作便捷的非接触式位移测量方法；通过偏移补偿方法，消除静态杂波对运动微弱目标位移测量的干扰；通过长时相干积累提升微弱目标的信噪比，增加目标定位与识别能力，提高位移测量的精度。技术研发人员：彭志科,刘昭宇,熊玉勇受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25