[發(fā)明專利]一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)室內(nèi)定位及實(shí)時(shí)追蹤方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810122370.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108490427A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱安杰;喬閃;冉立新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/66
• 分類號(hào): G01S13/66;G01S13/70;G01S13/06;G01S7/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開(kāi)了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)室內(nèi)定位及實(shí)時(shí)追蹤方法。方法是基于一種帶有冗余接收通路的單發(fā)多收(SIMO)多普勒雷達(dá)傳感器實(shí)現(xiàn)的，為了配合該傳感器，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)協(xié)同工作的室內(nèi)無(wú)源目標(biāo)位置追蹤算法。該算法可以基于如下先驗(yàn)事實(shí)，即由冗余接收機(jī)測(cè)得的運(yùn)動(dòng)與由其他接收機(jī)測(cè)得的運(yùn)動(dòng)是同一個(gè)運(yùn)動(dòng)。由于在定位過(guò)程中算法僅用到了多普勒相位信息，因此該方法只對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)敏感，室內(nèi)環(huán)境中的嚴(yán)重的多徑效應(yīng)和背景散射不會(huì)影響到定位算法的效果。由于所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的多普勒雷達(dá)傳感器工作于單一頻率，同時(shí)具備最高的頻譜和能量效率，可以在所有ISM頻段使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及了一種基于單頻Doppler雷達(dá)傳感的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)室內(nèi)定位及實(shí)時(shí)追蹤方法。

背景技術(shù)

隨著時(shí)代和科技的快速發(fā)展，信息系統(tǒng)效率變高，不容易受到干擾，在的日常生活，工作和科研中起到了不可或缺的用處。其中，室內(nèi)定位這項(xiàng)技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍也廣，在許多復(fù)雜的環(huán)境下，如商場(chǎng)，體育場(chǎng)，超市，倉(cāng)庫(kù)等都可以達(dá)到快速定位人體或物品的目的。

盡管無(wú)線室內(nèi)定位技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在這一些技術(shù)挑戰(zhàn)。最主要的挑戰(zhàn)來(lái)源于復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境所造成的多徑反射以及諸如墻面，地面和家具等障礙物造成的不可預(yù)測(cè)的散射。所以，要實(shí)現(xiàn)可以適用于不同室內(nèi)環(huán)境的無(wú)線定位仍然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)性的任務(wù)。這也是為什么大多數(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)只針對(duì)于有源目標(biāo)，比如移動(dòng)電話和射頻識(shí)別標(biāo)簽。

在所有的室內(nèi)定位應(yīng)用中，對(duì)無(wú)源運(yùn)動(dòng)物體的探測(cè)和定位的需求尤為迫切。一個(gè)典型的例子是對(duì)生物信號(hào)諸如人類運(yùn)動(dòng)和生命體征的無(wú)線探測(cè)。

在雷達(dá)理論中，移動(dòng)目標(biāo)可以同時(shí)在時(shí)域和頻域上被探測(cè)。在時(shí)域上，脈沖雷達(dá)信號(hào)和脈沖壓縮技術(shù)可以用來(lái)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的時(shí)變位置坐標(biāo)。這種方法的缺點(diǎn)是它需要足夠?qū)挼膸拋?lái)滿足距離分辨率的要求。對(duì)于室內(nèi)定位，這個(gè)帶寬通常要寬于ISM頻段。除此之外，脈沖雷達(dá)系統(tǒng)需要一個(gè)最小的運(yùn)行距離，也就是說(shuō)，對(duì)于短距離的室內(nèi)定位，當(dāng)目標(biāo)非常接近于雷達(dá)天線時(shí)，脈沖雷達(dá)系統(tǒng)可能無(wú)法正常工作。

另一方面，在頻域，也就是相位域上，一個(gè)連續(xù)波多普勒雷達(dá)可以被用來(lái)測(cè)量和追蹤非常接近雷達(dá)天線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位移。基于相位干涉原理，測(cè)得的位移將非常的精確。由于運(yùn)動(dòng)信息是通過(guò)多普勒相移得到的，上述的測(cè)量和追蹤過(guò)程將不會(huì)被多徑反射和背景散射所影響。這對(duì)于無(wú)源運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的短距離室內(nèi)定位是一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)所在。但是由于相位模糊這一原因的存在，連續(xù)波多普勒雷達(dá)無(wú)法測(cè)量距離或者位置信息。盡管諸如基于調(diào)頻連續(xù)波的混合模式的連續(xù)波雷達(dá)可以用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，這還是需要很寬的帶寬。因?yàn)榛旌侠走_(dá)信號(hào)的脈沖部分被用于距離測(cè)量，這與脈沖雷達(dá)在本質(zhì)上是相同的。作為調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的一種簡(jiǎn)化，包含兩個(gè)或以上的離散正弦載波的步進(jìn)頻率信號(hào)也可以用來(lái)解決相位模糊問(wèn)題。距離測(cè)量需要的是微波整個(gè)傳播過(guò)程的往返路程相移，而不是多普勒相移，所以距離測(cè)量無(wú)法避免地要受到多徑傳播和室內(nèi)環(huán)境背景散射的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，并提供了一種基于單頻Doppler雷達(dá)傳感的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)室內(nèi)定位及實(shí)時(shí)追蹤方法。

下面首先闡述本發(fā)明的理論基礎(chǔ)：

通常，為了探測(cè)二維或者三維運(yùn)動(dòng)，需要用到如圖1所示的單發(fā)多收結(jié)構(gòu)的多普勒雷達(dá)。在這樣的單發(fā)多收結(jié)構(gòu)中，一個(gè)發(fā)射天線被用作發(fā)射電磁波尋找運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置，兩個(gè)或三個(gè)接收天線被放置在不同的位置用以探測(cè)二維或三維運(yùn)動(dòng)。