一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法及设备与流程

本技术涉及雷达信号处理与城市低空安全监测，尤其涉及一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法及设备。

背景技术：

1、在城市低空经济的蓬勃发展中，为了保障物流配送、应急救援等低空活动的安全，雷达探测系统常部署于高层建筑密集、反射面复杂的区域。然而，在面对高反射、强遮挡的典型城市物理特征时，雷达波往往因建筑表面的多次反射而产生多径效应，导致雷达接收端将反射回波误判为多径伪迹，极大增加了虚警率，甚至因信号相消干涉造成真实目标漏警。现有技术通常依赖预先加载的静态城市三维建筑模型进行几何遮挡分析，并采用粗糙的二值化空间屏蔽法来滤除伪迹区域目标。但这些方法无法反映建筑表面材料电磁特性随光照、污染、老化及气象条件的动态演变，不仅会导致理论计算与实际回波严重失配，其实施的无差别过滤逻辑也极易误删恰好处于反射路径上的真实目标。事实上，多径伪迹在能量衰减起伏、相位延迟轨迹及微动多普勒特征上与真实目标存在固有的物理机理差异，且雨雪等气象条件对电磁散射参数的影响规律亦具有可建模性，但现有控制策略通常停留在基于空间位置而直接剔除的模式，未能有效利用动态参数在线学习以及反向路径溯源验证作为物理甄别的调节依据，导致探测系统在复杂气象与城市工况下缺乏自适应的伪迹剔除手段，难以兼顾目标识别精度与全天候鲁棒性。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法及设备，解决了现有技术存在的静态模型失配、气象适应性差及判别逻辑粗糙导致城市低空探测虚警率和漏警率高的技术问题。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法，包括：

4、基于城市低空区域中各建筑面元的复反射系数，构建初始电磁散射图谱；

5、基于所述初始电磁散射图谱进行仿真，得到理论回波；

6、获取雷达实测回波，计算所述实测回波与所述理论回波之间的残差向量，基于所述残差向量和环境变量，并结合实时气象数据，对所述复反射系数进行动态更新，得到动态电磁散射图谱；

7、基于所述动态电磁散射图谱进行射线追踪，生成时空动态多径概率云；

8、若雷达监测到的候选目标落入所述时空动态多径概率云的高置信区，以所述候选目标位置反向发射射线，得到多径路径树；

9、对所述多径路径树进行三重一致性检验，并根据所述三重一致性检验的结果对所述候选目标进行筛选；其中，在对所述候选目标进行筛选的过程中，基于所述实时气象数据，动态调整所述三重一致性检验的判决阈值和所述时空动态多径概率云的置信度门限。

10、基于上述技术方案，在本技术提供的一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法中，通过利用实测残差反馈与环境变量来动态更新电磁散射特性，在打破传统静态几何模型局限的前提下，提高了探测系统自适应复杂建筑表面演变的能力；同时，通过基于多径概率云与反向路径回溯的三重一致性检验机制，并融合实时气象数据自适应调节判决阈值，确保了伪迹甄别过程始终立足于严谨的物理机理，从而在保证真实目标探测精度的同时显著降低了系统在城市复杂空间及恶劣气象条件下的虚警率与漏警率。

11、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述基于城市低空区域中各建筑面元的复反射系数，构建初始电磁散射图谱，包括：

12、获取所述城市低空区域的几何模型，将所述几何模型中建筑的表面离散化为多个建筑面元；

13、基于各所述建筑面元的材料类型，为各所述建筑面元赋予包含幅度衰减因子与相位延迟项的先验分布，从所述先验分布中采样得到所述复反射系数；其中，所述材料类型包括玻璃、金属、混凝土及复合材料中的至少一种；

14、基于所述复反射系数，建立镜面反射分量随入射角变化的函数关系，并引入所述建筑面元的表面粗糙度因子，对所述镜面反射分量进行去相关处理，得到所述初始电磁散射图谱。

15、通过将建筑表面离散化为面元并基于材料类型赋予复反射系数的先验分布，结合函数关系与粗糙度去相关处理，得到的初始电磁散射图谱为后续动态修正提供准确的初始基准。

16、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述动态电磁散射图谱的获取方式，包括：

17、根据lstm模型构建表面特性演化模型；

18、获取历史修正趋势；其中，所述历史修正趋势为前一次或前多次更新中已生成的所述复反射系数的变化信息；

19、将所述残差向量、所述环境变量以及所述历史修正趋势输入所述表面特性演化模型，输出各所述建筑面元的所述复反射系数的修正量；

20、按预设时间窗口周期性地利用所述修正量更新所述复反射系数，生成所述动态电磁散射图谱；其中，所述动态电磁散射图谱用于表征建筑表面电磁特性随环境因素变化的动态演化规律。

21、通过lstm模型构建表面特性演化模型，融合残差向量、环境变量与历史修正趋势周期性更新复反射系数，使电磁散射模型具备在线自适应进化能力。

22、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述基于所述动态电磁散射图谱进行射线追踪，生成时空动态多径概率云，包括：

23、采用蒙特卡洛方法对所述动态电磁散射图谱中的雷达扫描波束进行射线追踪，得到多条反射路径；

24、基于所述多条反射路径的几何信息及所述动态电磁散射图谱中的所述复反射系数，计算各所述反射路径的能量衰减参数与相位延迟参数及理论接收功率；其中，所述几何信息包括各所述反射路径中各段传播距离、各反射点的入射角及反射次数；

25、基于高斯核函数，将所述能量衰减参数与所述相位延迟参数映射为三维概率密度函数，并基于各所述反射路径的理论接收功率对所述三维概率密度函数进行归一化加权，生成包含位置、强度置信度及相位特征的所述时空动态多径概率云。

26、通过采用蒙特卡洛方法对雷达波束进行综合模拟，并结合动态电磁散射图谱生成概率化的多径空间分布，为候选目标的真伪判定提供了更丰富的物理可信度依据。

27、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述三重一致性检验的方式，包括：

28、基于所述多径路径树中各反射路径的几何信息及所述动态电磁散射图谱中的所述复反射系数，计算所述多径路径树对应的理论能量衰减曲线与理论相位延迟轨迹；

29、获取所述候选目标的实测雷达散射截面积起伏曲线、实测相位历史以及实测微多普勒谱；

30、将所述理论能量衰减曲线与所述实测雷达散射截面积起伏曲线进行比对，完成能量一致性检验；

31、将所述理论相位延迟轨迹与所述实测相位历史进行比对，完成相位一致性检验；

32、检测所述实测微多普勒谱是否存在微多普勒畸变特征，完成微动一致性检验；其中，所述微多普勒畸变特征包括频谱展宽、镜像翻转和谐波畸变中的至少一种。

33、通过多径路径树并结合动态电磁散射图谱进行所述三重一致性检验，能够在物理层面对多径伪迹实现主动溯源与精准鉴别，有效克服了传统几何掩膜法仅依赖空间位置进行硬判决的缺陷。

34、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

35、在所述能量一致性检验中，计算所述实测雷达散射截面积起伏曲线与所述理论能量衰减曲线的相关系数；

36、在所述相位一致性检验中，计算所述实测相位历史与所述理论相位延迟轨迹的相关系数；

37、在所述微动一致性检验中，结合容错带检测是否存在所述微多普勒畸变特征；其中，所述容错带为实测所述微多普勒畸变特征与理论预测之间存在偏差的容忍区间。

38、通过分别从能量、相位及微动三个维度对候选目标的实测特征与理论路径特征进行一致性比对，有效避免了单一维度判决导致的误判，显著提高了目标真伪鉴别的准确性与可靠性。

39、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，根据所述三重一致性检验的结果对所述候选目标进行筛选，包括：

40、若无法构建所述多径路径树，则判定所述候选目标为真实目标；

41、若能够构建所述多径路径树，但所述能量一致性检验或所述相位一致性检验的相关系数未超过所述判决阈值，或所述微动一致性检验未检测到所述微多普勒畸变特征，则判定所述候选目标为真实目标；

42、若所述能量一致性检验与所述相位一致性检验的相关系数均超过所述判决阈值，所述微动一致性检验检测到所述微多普勒畸变特征，且所述候选目标不存在直达波路径，则判定所述候选目标为多径伪迹并予以剔除；

43、否则判定所述候选目标为真实目标。

44、通过三重一致性检验与直达波路径排除的双重确认，能够从物理机理上锁定多径伪迹，有效避免真实目标误判。

45、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述实时气象数据包括降雨量、相对湿度、能见度及风速；

46、所述结合实时气象数据，对所述复反射系数进行动态更新，包括：

47、将所述实时气象数据输入基于debye模型的介电常数混合模型，计算雨雾混合介质的复介电常数；

48、根据所述实时气象数据建立表面湿润度模型，并结合所述复介电常数计算湿润建筑表面的附加衰减系数；其中，所述表面湿润度模型为根据所述实时气象数据，确定各所述建筑面元表面水膜厚度与含水量，以计算湿润状态对所述复反射系数的修正量的模型；

49、基于所述附加衰减系数动态修正各所述建筑面元的所述复反射系数。

50、通过介电常数混合模型与表面湿润度模型计算附加衰减系数并修正复反射系数，使动态电磁散射图谱适应气象变化，提升全天候鲁棒性。

51、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，所述基于所述实时气象数据，动态调整所述三重一致性检验的判决阈值和所述时空动态多径概率云的置信度门限，包括：

52、基于所述附加衰减系数，计算所述时空动态多径概率云的所述置信度门限的调整量，并根据所述调整量更新所述置信度门限；

53、根据所述实时气象数据，对所述判决阈值进行对应调整。

54、该实施方式通过基于附加衰减系数自适应调整判决阈值与置信度门限，能够使系统在恶劣天气下保持稳定的真伪判别性能，有效提升了全天候鲁棒性。

55、第二方面，提供一种电子设备，包括：处理器；存储器，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上述方案所述的基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法。

56、本技术提供一种基于动态电磁散射图谱的多径伪迹剔除方法及设备，能够通过利用实测残差反馈与环境变量来动态更新电磁散射特性，打破了传统静态几何遮挡模型无法适应建筑表面物理参数老化、污染及光照变化的局限，提高探测系统在线自适应进化与演变的能力。本技术建立的时空动态多径概率云与反向路径回溯机制，改变了基于固定空间屏蔽的无差别滤除模式，通过在物理层面上构建多径路径树并执行三重一致性检验，实现了对真实目标与多径伪迹的精细化剥离，有效避免了因硬性空间限位导致的真实目标漏警或伪迹虚警。本技术所构建的实时气象数据与判决阈值的动态调节体系，通过引入介电常数混合模型，并根据实时气象数据自适应调整各项检验的阈值严苛度及容错带，实现了物理检验模型与气象环境干扰的精准协同，显著提高了雷达探测系统在恶劣气象条件下的全天候鲁棒性与工程适用性。