[發(fā)明專利]基于LASSO特征提取的多普勒穿墻雷達(dá)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711173180.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107942314B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁一鵬;林筱壹;孫印花;余廈蒞;雷承熹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41;G01S13/88;G01S13/72;G01S13/58
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發(fā)明屬于目標(biāo)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于LASSO特征提取的多普勒穿墻雷達(dá)定位方法。其中，LASSO頻率估計(jì)算法對(duì)解調(diào)后回波信號(hào)的分量分離并估計(jì)感興趣目標(biāo)分量的頻率特征；定位跟蹤算法根據(jù)目標(biāo)瞬時(shí)頻率，實(shí)時(shí)估測(cè)目標(biāo)位置信息，合成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。本發(fā)明不僅能夠在保證多普勒穿墻雷達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔性(只需一個(gè)發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī))和探測(cè)實(shí)時(shí)性(運(yùn)算速度快)的基礎(chǔ)上，有效提高對(duì)目標(biāo)的定位精度，同時(shí)還能解決“頻率模糊”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)同時(shí)針對(duì)多目標(biāo)的跟蹤定位。此外，本發(fā)明無(wú)需多通道數(shù)據(jù)融合等繁冗的計(jì)算過(guò)程，運(yùn)算速度快，在多普勒穿墻雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于目標(biāo)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于LASSO特征提取的多普勒穿墻雷達(dá)定位方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，利用多普勒穿墻雷達(dá)對(duì)人類目標(biāo)進(jìn)行跟蹤被視為一種強(qiáng)有力的工具，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。早期的研究成果表明，為了更經(jīng)濟(jì)地對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位，準(zhǔn)確估計(jì)目標(biāo)的瞬時(shí)頻率(Instantaneous Frequencies,IFs)具有重要作用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，目前最常見(jiàn)的方式是采用時(shí)頻分析技術(shù)，通過(guò)提取時(shí)頻平面內(nèi)的最大值作為目標(biāo)時(shí)頻軌跡。然而，時(shí)頻分析方法具有幾個(gè)主要缺陷：第一，由于穿墻雷達(dá)應(yīng)用的特殊性，大部分觀測(cè)者往往希望能夠?qū)崟r(shí)獲取目標(biāo)的探測(cè)信息，因而對(duì)信號(hào)處理過(guò)程中的時(shí)窗長(zhǎng)度具有嚴(yán)苛的限制，導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)瞬時(shí)頻率估計(jì)的低分辨率和低精度缺陷；第二，當(dāng)不同目標(biāo)的瞬時(shí)頻率太過(guò)接近以至于不能被時(shí)頻分析算法準(zhǔn)確識(shí)別時(shí)，算法對(duì)目標(biāo)瞬時(shí)頻率的估計(jì)精度將發(fā)生明顯下降。這種現(xiàn)象也被稱之為“頻率模糊”效應(yīng)；第三，時(shí)頻分析方法容易受到噪聲干擾。在低信噪比條件下，強(qiáng)噪聲干擾信號(hào)很容易被錯(cuò)誤識(shí)別為虛假目標(biāo)，不僅降低了算法的估計(jì)精度，還會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的可靠度和魯棒性。為了克服上述缺陷，學(xué)者們對(duì)如何改善目標(biāo)瞬時(shí)頻率的估計(jì)性能做了大量的研究。有人將陣列處理技術(shù)和多普勒頻率估計(jì)算法相結(jié)合，提高對(duì)目標(biāo)瞬時(shí)頻率的估計(jì)精度，克服“頻率模糊”效應(yīng)。但是，該方法需要構(gòu)建大尺寸的收發(fā)天線陣列，對(duì)目標(biāo)瞬時(shí)頻率估計(jì)精度的提升是以犧牲雷達(dá)尺寸、重量、成本等工程應(yīng)用參數(shù)為代價(jià)的。另外有學(xué)者通過(guò)分辨率更高的雙線性時(shí)頻變換方法來(lái)估計(jì)目標(biāo)瞬時(shí)頻率。但該方法在處理多目標(biāo)的定位跟蹤時(shí)會(huì)受限于不可避免的交叉項(xiàng)干擾問(wèn)題。有人試圖通過(guò)傳統(tǒng)多分量分離算法，如奇異值分解(SVD)算法，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EMD)算法和Hilbert-Huang變換(HHT)等，來(lái)分離不同目標(biāo)產(chǎn)生的回波分量，進(jìn)而避免“頻率模糊”效應(yīng)。由于傳統(tǒng)多分量分離算法大多基于回波信號(hào)的頻率特性，因而在分離過(guò)程中容易發(fā)生模態(tài)混疊問(wèn)題，即在不同目標(biāo)分量在頻率相近甚至混疊區(qū)域內(nèi)，瞬時(shí)頻率的估計(jì)精度將出現(xiàn)顯著下降。采用多項(xiàng)式模型來(lái)擬合回波相位并根據(jù)它們系數(shù)的差異來(lái)提取不同的目標(biāo)分量。但是，該算法同樣受限于交叉項(xiàng)干擾問(wèn)題。且隨著相位階數(shù)的增加，算法的計(jì)算復(fù)雜度會(huì)呈指數(shù)式地增加，對(duì)雷達(dá)的處理單元造成很大的計(jì)算壓力。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：當(dāng)目標(biāo)瞬時(shí)頻率相近時(shí)，時(shí)頻分析類算法不可避免會(huì)遇到交叉項(xiàng)干擾的問(wèn)題，而傳統(tǒng)分離算法類則容易發(fā)生模態(tài)混疊現(xiàn)象，這都將導(dǎo)致瞬時(shí)頻率的估計(jì)精度降低。含高階項(xiàng)計(jì)算的算法會(huì)增加計(jì)算復(fù)雜度，從而對(duì)雷達(dá)的處理單元造成很大的壓力。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于LASSO特征提取的多普勒穿墻雷達(dá)定位方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于LASSO特征提取的多普勒穿墻雷達(dá)定位方法，包括：LASSO頻率估計(jì)算法與定位跟蹤算法。LASSO頻率估計(jì)算法對(duì)解調(diào)后回波信號(hào)的分量分離并估計(jì)感興趣目標(biāo)分量的頻率特征；定位跟蹤算法根據(jù)目標(biāo)瞬時(shí)頻率，實(shí)時(shí)估測(cè)目標(biāo)位置信息，合成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。

進(jìn)一步，所述LASSO頻率估計(jì)算法包括：

(1)LASSO觀測(cè)矩陣，用于根據(jù)目標(biāo)可能存在的運(yùn)動(dòng)模式構(gòu)建相應(yīng)的字典矩陣；

(2)LASSO特征提取算法，用于根據(jù)觀測(cè)的回波信號(hào)，在字典矩陣中提取感興趣的目標(biāo)分量并對(duì)其瞬時(shí)頻率進(jìn)行估計(jì)。