[發(fā)明專利]隧道內(nèi)基于多徑利用毫米波雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811032135.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109085572B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴奉周;胡劉博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)昆山創(chuàng)新研究院;西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/72
• 分類號(hào): G01S13/72
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開(kāi)了一種隧道內(nèi)基于多徑利用毫米波雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，主要解決目標(biāo)被遮擋時(shí)不能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的步驟如下：(1)獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的觀測(cè)值；(2)構(gòu)建隧道模型；(3)獲取觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的傳播狀態(tài)；(4)判斷是否存在直達(dá)波，若是，則執(zhí)行步驟(7)，否則，執(zhí)行步驟(5)；(5)判斷目標(biāo)位置是否在隧道外，若是，則執(zhí)行步驟(6)，否則，執(zhí)行步驟(7)；(6)將隧道外的觀測(cè)值轉(zhuǎn)換為隧道內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的觀測(cè)值；(7)構(gòu)建目標(biāo)狀態(tài)模型；(8)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行粒子跟蹤濾波。本發(fā)明通過(guò)構(gòu)造統(tǒng)一的觀測(cè)矩陣充分提取回波中的直達(dá)波與多徑回波信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的穩(wěn)定準(zhǔn)確跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種隧道內(nèi)基于多徑利用毫米波雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法。本發(fā)明可以對(duì)毫米波雷達(dá)實(shí)時(shí)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)隧道交通領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)是指，利用傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)傳感器所獲得的數(shù)據(jù)或圖像信號(hào)進(jìn)行跟蹤濾波處理，形成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航跡的技術(shù)。使用雷達(dá)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤有一個(gè)基本前提，從雷達(dá)到目標(biāo)的視距LOS(Line of sight)的直達(dá)波信號(hào)是可以被雷達(dá)接收，且可以從回波中檢測(cè)到。在隧道交通領(lǐng)域中，由于隧道內(nèi)空間封閉，電磁波在其中傳播情況復(fù)雜，從回波檢測(cè)出直達(dá)波信號(hào)的難度變大，如果隧道存在轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎處的隧道壁會(huì)對(duì)跟蹤目標(biāo)形成遮擋，從雷達(dá)直接到目標(biāo)的視距方向的直達(dá)波信號(hào)不存在，現(xiàn)有的基于直達(dá)波的信號(hào)處理方法在隧道中不能有效對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

安徽科力信息產(chǎn)業(yè)責(zé)任有限公司在其申請(qǐng)的專利文件“一種基于圖像處理的隧道視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?01410030160.0，公開(kāi)號(hào)CN103810703A)中公開(kāi)了一種對(duì)隧道視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的方法。該方法基于光學(xué)傳感器獲取的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的隧道背景模型，通過(guò)構(gòu)造視頻各幀的局部結(jié)構(gòu)相似性測(cè)度函數(shù)和局部灰度統(tǒng)計(jì)測(cè)度函數(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和背景信息進(jìn)行區(qū)分。該方法存在的不足之處是：視頻檢測(cè)手段受隧道內(nèi)光照條件影響大，在探測(cè)區(qū)域光照弱的時(shí)候無(wú)法實(shí)現(xiàn)跟蹤目的。

北京華航無(wú)線電測(cè)量研究所在其在其申請(qǐng)的專利文件“一種用于車載毫米波雷達(dá)的多目標(biāo)跟蹤方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?01711380531.8，專利公開(kāi)號(hào)CN108344992A)中提供了一種用于車載毫米波雷達(dá)的多目標(biāo)跟蹤方法。該方法通過(guò)毫米波車載雷達(dá)獲取多目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，將獲取的包括目標(biāo)距離、速度和角度的多目標(biāo)信息進(jìn)行信息整理后，定義航跡結(jié)構(gòu)體，初始化多目標(biāo)跟蹤濾波的參數(shù)，并提取多目標(biāo)跟蹤參數(shù)，對(duì)整理后的距離、速度和角度信息進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤濾波獲得目標(biāo)航跡。該方法存在的不足之處是：僅利用雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中的直達(dá)波數(shù)據(jù)，將回波中來(lái)自多徑傳播的數(shù)據(jù)當(dāng)作干擾濾除，當(dāng)目標(biāo)被遮擋不存在直達(dá)波路徑時(shí)，無(wú)法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種隧道內(nèi)基于多徑利用毫米波雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤方法，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)目標(biāo)發(fā)生遮擋、光照變化時(shí)使用多徑信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確、有效地跟蹤。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體思路是，在隧道內(nèi)放置一部毫米波雷達(dá)，對(duì)隧道進(jìn)行建模后利用射線追蹤的方法分析雷達(dá)回波中可利用的各個(gè)路徑的探測(cè)，通過(guò)構(gòu)造統(tǒng)一的觀測(cè)矩陣充分提取回波中的直達(dá)波與多徑回波信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的穩(wěn)定準(zhǔn)確跟蹤。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，該方法的步驟包括如下：

(1)獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離與速度觀測(cè)值：

(1a)在隧道入口的頂部設(shè)置一個(gè)雷達(dá)實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的觀測(cè)，將雷達(dá)接收的每一時(shí)刻的隧道內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)矩陣；

(1b)對(duì)數(shù)據(jù)矩陣在快時(shí)間維度進(jìn)行匹配濾波，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置觀測(cè)值集合，在慢時(shí)間維度進(jìn)行譜估計(jì)，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度觀測(cè)值集合；

(2)構(gòu)建隧道模型：

(2a)從道路交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出雷達(dá)所在隧道的特征參數(shù)；