运动目标检测及测速
基于DBS图像的双通道广域监视雷达动目标检测和参数估计方法
基于DBS图像的双通道广域监视雷达动目标检测和参数估计方法郑明洁;闫贺;张冰尘;赵凤军;杨汝良【摘要】该文提出了一种基于高分辨率多普勒波束锐化图像的适用于双通道广域监视雷达系统的地面动目标检测、定位和测速方法.首先,分析了广域监视雷达系统的回波特性,给出了杂波抑制和参数估计算法.然后,针对双通道参数估计精度低的问题,提出了提高动目标参数估计精度的算法.最后,针对参数估计时模糊严重的问题,给出了有效的解模糊算法.仿真数据和实际飞行数据证明了该文方法的有效性.【期刊名称】《雷达学报》【年(卷),期】2012(001)001【总页数】7页(P36-42)【关键词】广域监视(WAS)雷达;动目标检测;参数估计;解模糊;多普勒波束锐化(DBS)【作者】郑明洁;闫贺;张冰尘;赵凤军;杨汝良【作者单位】中国科学院电子学研究所北京100190;中国科学院电子学研究所北京100190;中国科学院研究生院北京100039;中国科学院电子学研究所北京100190;中国科学院电子学研究所北京100190;中国科学院电子学研究所北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN9591 引言广域监视(Wide Area Surveillance,WAS)雷达在载机飞行过程中，波束在方位向快速重复扫描，完成对热点区域动态监视。
广域监视模式具有监视区域广、重访率高、可跟踪动态目标、识别目标特征和类别等优势，在机载雷达系统中得到了很好的应用。
在上世纪90年代海湾战争中，美国的JSTARS系统充分发挥了广域扫描模式的优势，通过处理 3个接收通道的回波数据，成功地发现了正在撤退的伊拉克坦克群，对其进行了及时、有效的打击[1]。
本世纪初，德国研制的 PAMIR系统除了具有高分辨率 SAR成像功能外，最重要的功能就是广域扫描-地面动目标监视[2－4]。
该系统通过设置 5个接收通道，不仅能够检测运动目标，还能够对目标进行测速和定位，充分展示了该模式的优越性能。
基于视频图像的车速检测方法分析
基于视频图像的车速检测方法分析摘要：行车速度检测在交通事故识别过程中非常重要。
以往的行车速度计算方式只可以测量车辆碰撞时的速度。
碰撞发生前，驾驶员采取制动措施降低车速，造成实测车速偏低，影响事故认定结果。
因此，本文主要研究基于视频图像的车速检测方法，能够准确地测量出碰撞前的车速，为交通事故识别提供依据。
关键词：视频图像；车速检测；方法1.基于视频的车速检测原理如今，伴随监控设备的大量运用，公路上安装了很多的监控设备，以此方便了交通管理。
监控摄像机通常安装在公路的顶部或一侧的位置，高度在5-10m，可按需求安装提供双向或单向的车辆监控视频影像。
摄像机和公路上车辆的空间位置如图1所示。
速度检测的方法最为基础的依旧是按照视频来作为依据，通过车辆运动位移除以车辆行驶时间得到的。
行车速度计算公式为：V=（S2-S1）/（T2-T1）=△S/△T。
根据行车速度计算公式，行车速度检测一般是通过计算一定距离内运动的时间，或是一定时间内汽车移动的距离来实现的。
所以在实际运用过程中，可以通过视频图像检测直接获取汽车运行的时间△T，但无法直接得到汽车运行的距离△s。
所以，通过视频来检测车速的办法是通过检测车辆在运动时，在各帧中的图像坐标，通过此坐标与现实位置公路的坐标系的映射关系，通过这样的办法将二维转换成三维，从而得到得到实际位移△s，实现速度检测。
图1 车速检测原理图2.车速检测系统总体构架速度检测模块主要是基于图像处理的。
这个系统主要包括交通视频采集、摄像机标定、车辆检测、车辆跟踪和车速检测。
系统的工作流程如图2所示。
速度检测系统需要满足以下功能：（1）在监控的同时完成对车速的检测；（2）可获取车辆流量、车速、平均车速等多种交通信息；并且可以精准定位车辆牌照，实现超速违章的准确定位。
图2 车速检测系统示意图2.1 硬件构架视频测速的主要硬件部分是CCD摄像机。
CCD摄像机的视频采集卡可以把实时视频图像转换成连续帧的数字图像序列。
雷达原理笔记之动目标检测及测速技术
1.1.3 二次杂波对消器
滤波器频率特性：
其中通常取接近2但小于2的常数。
目的同样是在保证尽可能多地滤除杂波的
同时，处在零多普勒点的运动目标不被抑制完全。
对比见下图：
二次杂波对消器是工程中应用最多的杂波处理滤波器。
对于低速的杂波消除，频响特性可以向右平移一定的区间，平移的量是杂波运动速度对应的多普勒频移。
因此对于低速运动杂波对消的滤波特性为：
其中为杂波速度对应的多普勒频移。
利用二次杂波对消器处理杂波时，选取相参积累脉冲个数为。
1.2 多普勒滤波器组处理
一般，将MTI处理后输出的信号进行MTD处理，即窄带滤波处理，得到运动目标的速度信息。
1.2.1 窄带多普勒滤波器组实现
利用有N个输出的横向滤波器，经过各脉冲的加权求和实现。
频响幅度为：。
帧间差分法 车辆测速 代码
帧间差分法车辆测速代码摘要：一、帧间差分法的简介二、车辆测速的方法及原理三、利用帧间差分法进行车辆测速的代码实现正文：帧间差分法是一种常用的运动目标检测与跟踪技术，通过比较连续两帧或多帧图像之间的差异，检测出运动目标并计算其运动速度。
近年来，帧间差分法已被广泛应用于智能交通、视频监控等领域，特别是在车辆测速方面取得了显著的成果。
车辆测速的方法及原理：车辆测速的基本原理是通过检测车辆在连续帧之间的运动变化，计算其速度。
一般采用的方法有：基于背景减除的测速方法、基于光流法的测速方法和基于帧间差分法的测速方法等。
其中，帧间差分法具有计算简单、实时性好、抗干扰能力强等优点，成为车辆测速领域的研究热点。
利用帧间差分法进行车辆测速的代码实现：为了实现利用帧间差分法进行车辆测速的代码，我们首先需要对视频进行预处理，包括降噪、滤波等操作，提高图像质量。
接着，采用帧间差分法计算车辆的运动变化，并提取出运动车辆的轨迹。
最后，根据轨迹信息计算车辆的速度。
以下是一个简单的Python 代码示例，用于实现帧间差分法进行车辆测速：```pythonimport cv2import numpy as npdef frame_difference(frame1, frame2):diff = cv2.absdiff(frame1, frame2)return diffdef preprocess_image(image):# 降噪、滤波等图像预处理操作return imagedef detect_moving_vehicles(video):# 读取视频cap = cv2.VideoCapture(video)# 循环遍历视频帧while cap.isOpened():ret, frame = cap.read()if not ret:break# 对每一帧进行预处理preprocessed_frame = preprocess_image(frame)# 计算帧间差分diff = frame_difference(preprocessed_frame, frame)# 检测运动车辆vehicles = cv2.inRange(diff, np.array([100, 100, 100]), np.array([255, 255, 255]))# 显示结果cv2.imshow("Vehicles", vehicles)# 按“q”键退出if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord("q"):break# 释放资源cap.release()cv2.destroyAllWindows()if __name__ == "__main__":video = "path/to/your/video.mp4" # 修改为你的视频文件路径detect_moving_vehicles(video)```需要注意的是，此代码仅为示例，实际应用时还需根据具体需求进行优化和调整。
移动侦测原理
移动侦测原理
移动侦测是一种运动目标检测技术，其原理是通过对连续的视频图像进行分析，判断是否存在运动目标。
移动侦测的主要步骤包括：
1. 前景提取：将视频图像分为前景和背景。
常用的前景提取方法包括基于像素差、基于帧差和基于背景减法等。
2. 运动目标检测：对提取的前景图像进行处理，以检测运动目标的存在。
常用的运动目标检测算法包括基于连通域、基于轮廓和基于区域的方法。
3. 运动目标跟踪：在连续的视频帧中，追踪已检测到的运动目标的位置和轨迹。
常用的运动目标跟踪算法包括基于卡尔曼滤波、基于粒子滤波和基于相关滤波的方法。
4. 运动目标识别：对已跟踪到的目标进行进一步分析和识别。
常用的运动目标识别方法包括基于特征提取、基于模式匹配和基于机器学习的方法。
移动侦测技术在安防领域得到广泛应用，可以用于监控视频中的运动目标检测、入侵检测、行为分析等。
同时，它也可用于视频压缩和视频编码中，以便在编码过程中减少冗余信息，提高编码效率。
雷达组成及原理
雷达的组成及其原理课程名称：现代阵列并行信号处理技术姓名：杜凯洋学号：20教师：王文钦教授一．简介雷达（Radar，即 radio detecting and ranging），意为无线电搜索和测距。
它是运用各种无线电定位方法，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其它情报的装置。
在现代军事和生产中，雷达的作用越来越显示其重要性，特别是第二次世界大战，英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战，使雷达的重要性显露的非常清楚。
雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。
其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一；信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多，可按多种方法分类：（1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
（2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
（3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。
（4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
二. 雷达的组成（一）概述1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。
2、收发开关：收发隔离。
3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。
4、接收机：超外差，高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。
（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。
5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测判决之前完成（MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。
6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。
7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）才有）。
稳健的InSAR动目标检测与测速方法
ｔ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｈ ｅ ｏ ｉｙ ｅ ｔｍ ｔｏ ｔ ｏ
Ｗ ＥＮ ｕ ， ＬＡ ｕｓ ｅｇ Ｚ Ｊｎ Ｉ Ｏ Ｇ ｉ ｎ ， ＨＵ ｈ ｎ ｑ ｈ Ｓ ｅｇ ｉ
（ ａ ｏ ａ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｆ ａ ａ Ｓ ｎ ｌ ｒｃｓｉｇ ｉｉ ｎｖ ，Ｘ ’ ７ ０ ７ ，Ｃ ｉ ） Ｎ ｔ ｎ ｌ ｅ ａ ．ｏ ｄ ｒ ｉ ａ Ｐ ｏｅ ｓ ，Ｘ ｄａ Ｕ ｉ ｉ Ｒ ｇ ｎ ｎ ． ｉ ｎ １ ０ １ ｈｎ ａ ａ
ｐｒ ｃｉａ ｉｉｙ ｏ ｅｐｒ ｐ ｓ ｄ ＧＭＴＩｍ ｅｈ ｄ． ａ ｔ ｂ ｌｔ ｆｔ ｏ ｏ ｅ ｃ ｈ ｔｏ
Ａ ｓｒｃ： Ｆｒｉｔ ｆｒ ｔｃ ｓｎｈｔ ｐｒ ｒ ａａ ＩＳ Ｒ） ｔ ｅｈｒｗｔ ｈ ｒｕ ｄ ｍ ｖｎ ａｇｔ ｂｔ ｔ ａ ｏ ｎ ｒ ｏ ｒ ｙｔｅｉ ａｅｔ ｅ ｒｄｒ（ｎ Ａ ｅ ｅ ｍａ ｉ ｃ ｕ ｏ ｔｅ ｉ ｔｅ ｇ ｎ ｏｉｇ ｔ ｅ ｇ ｈ ｏ ｒ
ｉｄｃｔ ｎ（ ＭＴ）ｓｓ ｍ，ｔｅｐｏｌ ｆ ｈ ｒ ｉ ｉ ｅｆ ｏ ｅ ｉ ｐ ａｅｃｕ ｌ ｇａｄｔｅｎｎｓ ｔ ｎｒ ｎｉａｏ Ｇ Ｉ ｙｔ ｉ ｅ ｈ ｒｂｅ ｏ ｅｔ ｒ ｎ ｎ ｒ ｒｍ ｔｃ ｈｓ ｏｐｉ ｎ ｈ ｏ— ａｏ ａ ｍｓ ｔ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｎ ｔｉ ｙ
２１ ０ １年 ８月
西 安 电 子 科 技 大学 学 报 （ 自然 科学 版 ）
ＪｏＵＲＮＡ ， ０Ｆ ＸⅡ ） Ｉ Ｉ ⅡｖＥＲ 】 ｒ ｙ
Ａｕ ． ０ １ ｇ ２ １
第３ ８卷
第 ４期
Ｖ０ ＿ ８ Ｎｏ ４ ｌ３ ．
ｄｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ － ０ ．０ ０ ． １ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ １ ４ ０ ２ １ ． ４ ０ ２ ｓ ２ １
调频连续波雷达（FMCW）测距-测速原理，看完这篇基本就懂了！
调频连续波雷达(FMCW)测距/测速原理，看完这篇基本就懂了！调频连续波雷达Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW雷达按照发射信号种类分成脉冲雷达和连续波雷达两大类，常规脉冲雷达发射周期性的高频脉冲，连续波雷达发射的是连续波信号。
连续波雷达发射的信号可以是单频连续波(CW)或者调频连续波(FMCW)，调频方式也有多种，常见的有三角波、锯齿波、编码调制或者噪声调频等。
其中，单频连续波雷达仅可用于测速，无法测距，而FMCW雷达既可测距又可测速，并且在近距离测量上的优势日益明显。
FMCW雷达在扫频周期内发射频率变化的连续波，被物体反射后的回波与发射信号有一定的频率差，通过测量频率差可以获得目标与雷达之间的距离信息，差频信号频率较低，一般为KHz，因此硬件处理相对简单、适合数据采集并进行数字信号处理。
FMCW雷达收发同时，理论上不存在脉冲雷达所存在的测距盲区，并且发射信号的平均功率等于峰值功率，因此只需要小功率的器件，从而降低了被截获干扰的概率；其缺点是测距量程较短，距离多普勒耦合以及收发隔离难等缺点。
FMCW雷达具有容易实现、结构相对简单、尺寸小、重量轻以及成本低等优点，在民用/军事领域均得到了广泛的应用。
FMCW雷达框图调频连续波雷达如要由收发器和带微处理器的控制单元组成，收发器如果使用单个天线进行同时发射和接收，FMCW 雷达需要铁氧体环形器来分离发射和接收信号，对隔离度要求较高。
当然，若使用收发分离的贴片天线，成本会相对低一点。
高频信号由压控振荡器(VCO)产生，通过功率分配器将一部分经过额外放大后馈送至发射天线，另一部分耦合至混频器，与接收的回波混频、低通滤波，得到基带差频信号，经过模数转换后送至微处理器处理。
FMCW雷达的测距/测速原理以三角波调频连续波为例来简单介绍雷达的测距/测速原理。
如下图，红色为发射信号频率，绿色为接收信号频率，扫频周期为T，扫频带宽为B，发射信号经过目标发射，回波信号会有延时，在三角形的频率变化中，可以在上升沿和下降沿两者上进行距离测量。
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dt dTr 2 fdTr 2k
此时：
fd
2vr
k
fr ,
k 0, 1, 2
Uk
U∑
vr 0
1 2
k
fr
,
k 0, 1, 2
从采样上看，所有采样都发生在正弦波的同一相位点上
频闪 速度测量有多值性
现象：
d
2
fd
2
2vr
相检器输出：
d
Ur1 △ϕ
相邻脉冲相差： dTr 2 fdTr
相检器 输出
U
U0 Ur cos
d
相检器输出固定目标0tr4 R
U 为常数
ur
uΣ u0
0
匀速目标
t
4
R(t)
4
(R0
vrt)
0
2
fdt
dt
0
U U0 Ur ctos(dt 0 )
连续波 发射机
ƒ0 放大器 相位检波器
多卜勒滤波 器和放大器
指示器
信号频谱变化图
ƒ0
ƒ0
ƒ
ƒ0
ƒd
ƒ0 -ƒd ƒ0 ƒ0 +ƒd
目标固定不动时
0tr
2
f0tr
2
f0
2R c
2
2R
目标以匀速vr 运动时
0tr
4
R(t)
4
(R0
vrt)
fd
1
2
d
dt
fd
2vr
运动目标
发射频率：f0
接收频率：f0 + fd
fd
2vr
多普勒频率
线速度
v
vr v cos
vr
径向速度
➢ fd大小与径向速度有关 ➢ fd正负与运动方向有关
ƒ
ƒd ƒ0﹣ ƒd ƒ0 ƒ0﹢ ƒd
2ƒ0
ƒ
滤波器频率特性
ƒd
ƒd max
ƒ
脉冲工作时的多卜勒效应
思考：脉冲工作时与连续波工作时的相同点和不同点
脉冲 调制器
f0
功率
连续
放大器
振荡器
f0 fd
接收机
显示系统
连续振荡
t 脉冲发射
t
2R0
回波(固定)
C
2R0-△R
t
回波(运动)
C
t 相位检波(固定)
t 相位检波(运动)
t
固定目标：
相检器输出
Ur
0tr
0
2R0 c
τ
Tr
Uk
U∑in
运动目标：
0tr
d
0
2R(t) c
4
(R0
vr t )Uk
0
t
相检器输出
cos(ωdt﹣ϕ0 )
U∑in
脉冲的包络相当于连续波输出的采样
0
t
dTr 相邻重复周期多普勒频率形成的相位差
检波器输出
➢ 固定目标：
Ur2 Uk U∑
原因： 脉冲工作状态是对连续波工作的采样， 取样后的波形和频谱都会发生变化。
完全没有多值的测量为：
d
Tr
, Tr
或
fd fr 2
盲速与频闪的矢量图及波形图分析
Ur1
Fd
2π
Ur2
Fd= 0
τ
Uk ωd fd= fr
Tr
Ur2 Ur1
τ
Tr
Δϕ
dTr Uk 2 1
ur Ur cos0 (t tr ) 0
u0 U0 cos 0t 0
uc Uc cos ct c
0tr ct c
0tr
0tr
4
R(t)
4
(R0
vrt)
0 2
fdt 0 dt
§8.2.3 消除固定目标回波
固定目标回波和运动目
相位检波器的输出
标回波均会形成输出
消除固定回波的方法
对消法
相邻重复周期信号相减，固定目标由于振 幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相 邻重复周期振幅变化的部分作为输出。
频谱抑制法 滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个nfr
相消设备特性
对消法
u U0 cos dt 0
urI UrI cos(0tr ct c )
uc Uc cos ct c
2 2 FdTr
Fd
11 22
ffrr
Fd fr fd
0
1 fr
fr
2
fd
t
fd Fd t
2fr
fd
第二节 MTI雷达工作原理及组成
§8.2.1 基本工作原理
关键 相参电压获取 固定杂波消除
§8.2.2 获得相参振荡电压的方法
中频全相参动目标显示 uI UI cos(0 c )t 0 c
u U0 cos U0 cos(0tr )
tr
2(R0 vrt) c
u U0 cos dt 0
延时Tr
u U0 cosd (t Tr ) 0 u U0 cosd (t Tr ) 0
相消器输出
u
u u
2U
0
sin
dTr
2
sin
d
t
dTr
2
0
包络振幅
相消器输出
u
u u
例. 设雷达工作波长为10cm，目标径向速度为 300m/s，求回波信号的多普勒频移。
fd
2vr
2 300 0.1
6kHz
f0
c
3 108 0.1
3GHz
f0 fd
如何提取 fd
采用差拍法提取多普勒频移
§ 8.1.2 多卜勒信息的提取
连续波多卜勒雷达
产生发射 信号
收发信号 差频比较
连续波 发射机
f0
放大器 相位检波器
f0 f0 fd
实质：
利用相位检波器输出发射 信号与接收信号中的差拍 频率电压
多卜勒滤波 器和放大器
指示器
发射耦合信号与回 波信号的合成电压
相检器 输入
u0 U0 cos(0t 0 )
u u0 ur
ur Ur cos[0 (t tr ) 0 ]
φ为u0与ur的相位差
2U
0
sin
dTr
2
sin
d
t
dTr
2
0
dTr k , k 0, 1, 2
2
dTr 2k 1, k 0, 1, 2
22
相消设备输出响应
对动目标具 有最佳响应
u 0
u 最大
盲
盲
速
速
频域观点
数字相消器
相干视频 采样保持电路
模数转换电路
数字延迟线 相减器
延迟 数字信号
相消视频 数模转换电路
0tr
0
2R0 c
检波输出为等幅脉冲串
➢ 运动目标：
0tr
0
2R(t) c
4
(R0
vrt)
相位检波隔直流输出
U0
m cos
U0
m
cos
20
c
R
dt
U0
m cos dt
0
输出为包络调制脉冲串，包络调制频率为多卜勒频率
➢ 相邻PRI动目标回波时延差
➢ 相邻PRI动目标回波高频相位差
dTr
相邻重复周期延迟时间变化小 相邻重复周期高频相位变化大 同等条件下，利用高频相位差检测动目标 灵敏度更高
§ 8.1.3 盲速和频闪
盲速 目标具有径向速度 vr ，但其回波经过相位检波器
后输出为一串等幅脉冲，vr 为盲速。
原因：
0tr
0
2R(t) c
4
(R0
vrt)
d
△ϕ
Ur1 Ur2
输出
第八章 运动目标检测及测速
§8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用
§ 8.1.1 多卜勒效应
1842年，多卜勒发现多普勒现象 1930年，多普勒规律应用于电磁波范围
分析假定目标为点目标
尺寸远小于雷达 分辨单元
雷达发射连续波时的多普勒效应
发射信号： s(t) Acos(0t 0 )
回 波： sr (t) Ks(t tr ) KAcos[0 (t tr ) 0 ]