[發明專利]隧道內基于多徑利用毫米波雷達的運動目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811032135.0
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109085572B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 戴奉周;胡劉博
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學昆山創新研究院;西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種隧道內基于多徑利用毫米波雷達的運動目標跟蹤方法，其特征在于，在隧道入口的頂部一個雷達實時獲取運動目標的觀測，將觀測的直達波和多徑回波置于同一觀測矩陣構建觀測模型；該方法的步驟包括如下：

(1)獲取運動目標的距離與速度觀測值：

(1a)在隧道入口的頂部設置一個雷達實時獲取運動目標的觀測，將雷達接收的每一時刻的隧道內運動目標的觀測數據存儲為數據矩陣；

(1b)對數據矩陣在快時間維度進行匹配濾波，得到運動目標的位置觀測值集合，在慢時間維度進行譜估計，得到運動目標的速度觀測值集合；

(2)構建隧道模型：

(2a)從道路交通系統數據庫中導出雷達所在隧道的特征參數；

(2b)建立一個三維的笛卡爾坐標系，坐標系的xoy面表示隧道內道路平面，坐標原點為xoy面上任意一點，Z軸方向表示隧道高度方向；

(2c)從特征參數中找出直線隧道頂部的四個頂點信息，在坐標系中標定每個頂點的位置，將四個頂點的位置數據組成一個矩陣；

(2d)利用解析幾何方法，構建圓弧形彎道的模型；

(3)獲取每一時刻的觀測值對應的傳播狀態：

(3a)以每一時刻隧道內運動目標的位置觀測值為射線追蹤發射點，雷達所在位置為射線追蹤終點，在無反射、折射和繞射的情況下獲取直達波的傳播狀態；

(3b)利用射線追蹤法進行仿真，得到仿真信號的直達波在隧道內道路面的傳播狀態；

(4)判斷仿真信號的直達波是否能夠從隧道內運動目標到達雷達處，若是，則執行步驟(7)，否則，執行步驟(5)；

(5)判斷每個位置觀測值在坐標系中標定的位置是否在隧道外，若是，執行步驟(6)，否則，執行步驟(7)；

(6)將隧道外的觀測值轉換為隧道內運動目標的觀測值：

找出位置標定處于隧道外的點關于反射面的鏡面對稱點，用對稱點的位置取代位置標定位于隧道外的觀測值；

(7)將觀測的直達波和多徑回波置于同一觀測矩陣，按照下式，構建包括系統模型和觀測模型的目標狀態模型；

目標的系統模型如下：

x_k＝Fx_k-1+n_k

其中，x_k表示目標狀態向量，F為系統矩陣，n_k為系統噪聲，

目標的觀測模型如下：

z_k＝h_k(x_k)+w_k

其中，z_k表示觀測向量，h_k(x_k)表示觀測矩陣，w_k表示觀測噪聲；

(8)利用粒子跟蹤算法，對隧道內運動目標的位置觀測值進行跟蹤濾波。

2.根據權利要求1所述的隧道內基于多徑利用毫米波雷達的運動目標跟蹤方法，其特征在于，步驟(2d)中所述解析幾何方法的具體步驟如下：

第一步，從特征參數中找出隧道圓弧形彎道的起點和終點信息，選取弧形彎道上任意一點；

第二步，分別計算出起點、終點與選取點所在直線的中垂線；

第三步，將兩條中垂線的交點作為圓弧形彎道的圓心點；

第四步，在坐標系中標定彎道起始點與對應圓心點的位置；

第五步，將彎道起始點與圓弧圓心的位置數據組成一個矩陣。

3.根據權利要求1所述的隧道內基于多徑利用毫米波雷達的運動目標跟蹤方法，其特征在于，步驟(7)中所述的觀測矩陣如下：

其中，x_k,i表示k時刻隧道內回波信號經過第i種路徑的運動目標與雷達的距離，i＝1,2,…,N_k，N_k表示k時刻的位置觀測值數目，v_k,i表示k時刻隧道內回波信號經過第i種路徑的運動目標與雷達距離的變化率。