[發(fā)明專利]用于超寬帶穿墻雷達(dá)的運動目標(biāo)二維檢測與跟蹤的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510047947.2
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104569964B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳世有;譚愷;陳潔;方廣有
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超寬帶雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超寬帶穿墻雷達(dá)的運動目標(biāo)二維檢測與跟蹤的方法。

背景技術(shù)

脈沖式超寬帶穿墻雷達(dá)是一種基于超寬帶脈沖技術(shù)的短距離移動目標(biāo)探測雷達(dá)，它通過發(fā)射超寬帶窄脈沖信號，穿透一般的障礙物(如普通建筑物內(nèi)的各類磚墻、鋼筋混凝土墻等)，接收并分析回波信號，實時地為操作人員判斷障礙物后運動目標(biāo)(人)的存在并準(zhǔn)確地提供目標(biāo)的位置信息及其運動情況等，以達(dá)到對隱藏在障礙物后的運動目標(biāo)進(jìn)行非入侵式探測的目的，提高操作人員偵察與探測、態(tài)勢感知等方面的能力。

超寬帶穿墻雷達(dá)根據(jù)其所使用的傳感器(收發(fā)天線)不同的排列方式可以具備不同的探測能力：1)若僅采用一對收發(fā)傳感器，則可利用其接收的A-Scan回波，從中獲取目標(biāo)回波對應(yīng)的時延，進(jìn)而獲得目標(biāo)與雷達(dá)的徑向距離等一維信息；2)若傳感器陣列沿直線排布(即線陣列傳感器)，則能夠通過波束合成(Beamforming)對被測區(qū)域進(jìn)行二維成像，進(jìn)而獲得目標(biāo)的二維平面信息；3)若傳感器陣列分布在一個平面上(即面陣列傳感器)，則能夠通過波束合成對被測區(qū)域進(jìn)行三維成像，進(jìn)而獲得目標(biāo)的三維空間信息。基于單傳感器的穿墻雷達(dá)，其可以做到體積小、重量輕、便于攜帶等特點，但缺點是無法提供任何方位向信息，即無法分辨與雷達(dá)徑向垂直的方向上不同位置的兩個目標(biāo)。而基于傳感器陣列的穿墻雷達(dá)則能夠通過波束合成對被測區(qū)域進(jìn)行二維、三維成像，獲得包含距離向和方位向的目標(biāo)位置信息甚至目標(biāo)的輪廓、形狀等信息，因而相對單傳感器穿墻雷達(dá)，基于陣列傳感器的穿墻雷達(dá)所能夠提供的信息更加豐富，使操作人員對被測區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)有更全面的了解和掌握，但這是以犧牲雷達(dá)系統(tǒng)的便攜性和復(fù)雜度作為代價的。目前國內(nèi)外比較常見的超寬帶穿墻雷達(dá)一般是基于單傳感器或線陣列傳感器的穿墻雷達(dá)，基于面陣列傳感器的穿墻雷達(dá)因其傳感器陣列通常較大，所需處理的數(shù)據(jù)量也異常大，因而實現(xiàn)起來有一定難度。

在穿墻雷達(dá)的實際使用中，往往會受到諸多來自其自身及外界不利因素的影響，比如雷達(dá)系統(tǒng)的隨機熱噪聲，墻體介質(zhì)及其分布的不確定性，探測環(huán)境中的多徑效應(yīng)等等，這些不利因素會對雷達(dá)回波造成嚴(yán)重干擾，進(jìn)而導(dǎo)致基于陣列傳感器的穿墻雷達(dá)成像結(jié)果出現(xiàn)模糊、不穩(wěn)定的情況，給操作人員分辨目標(biāo)、確定目標(biāo)位置都帶來了極大不便。在二維穿墻探測中，如果在分辨率能達(dá)到的前提下，將成像結(jié)果中目標(biāo)位置以坐標(biāo)點的形式提取出來，進(jìn)而對不同的目標(biāo)分別進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和跟蹤，則可在一定程度上解決上述由成像不穩(wěn)定帶來的問題。同時，在穿墻雷達(dá)的三維成像中，如果能夠獲取目標(biāo)所在的準(zhǔn)確位置，就可以摒棄大部分不相關(guān)的空間區(qū)域，只對目標(biāo)所在位置對應(yīng)的一小塊空間區(qū)域進(jìn)行三維成像，從而大大降低穿墻雷達(dá)三維成像的計算量，為超寬帶穿墻雷達(dá)實現(xiàn)三維跟蹤成像提供可能。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于超寬帶穿墻雷達(dá)的運動目標(biāo)二維檢測與跟蹤的方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明用于超寬帶穿墻雷達(dá)的運動目標(biāo)二維檢測與跟蹤的方法包括：步驟A：對超寬帶穿墻雷達(dá)線陣列傳感器慢時n時刻的回波數(shù)據(jù)r_m(n)進(jìn)行預(yù)處理操作得到回波數(shù)據(jù)r′_m(n)，其中，m是收發(fā)傳感器編號，即m＝1，2，...，M，M為收發(fā)傳感器總數(shù)；步驟B：利用回波數(shù)據(jù)r′_m(n)進(jìn)行運動目標(biāo)二維檢測，得到n時刻的運動目標(biāo)在被測區(qū)域的二維平面上產(chǎn)生的點跡p(n)；步驟C：將運動目標(biāo)在被測區(qū)域的二維平面上產(chǎn)生的點跡p(n)與n-1時刻形成的各條穩(wěn)定航跡ST_k(n-1)以及各條臨時航跡TT_l(n-1)進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配操作，得到n時刻各條ST_k的觀測值y_k(n)以及各條TT_l的觀測值z_l(n)；其中，k是穩(wěn)定航跡的編號，k＝1，2，...，l是臨時航跡的編號，l＝1，2，...；步驟D：對n-1時刻的穩(wěn)定航跡ST_k(n-1)和臨時航跡TT_l(n-1)進(jìn)行航跡管理，包括航跡起始、航跡維持和航跡刪除操作，形成n時刻的穩(wěn)定航跡ST_k(n)和臨時航跡TT_l(n)；以及步驟E：將n時刻的各條穩(wěn)定航跡ST_k(n)及其對應(yīng)的觀測值y_k(n)輸入交互多模型下的卡爾曼濾波器進(jìn)行最優(yōu)濾波，獲得n時刻被測區(qū)域內(nèi)各目標(biāo)二維坐標(biāo)位置的估計值