[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

在審

• 申請號: 201811173867.1
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109375208A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 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
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;G01S13/50;G01S7/295
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開了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，主要解決目標被遮擋時不能對目標進行跟蹤的問題。本發明實現的步驟如下：(1)獲取運動目標的觀測值；(2)構構建隧道模型；(3)獲取觀測值對應的傳播狀態；(4)判斷是否存在直達波，若是，則執行步驟(6)，否則，結束；(5)將隧道外的觀測值轉換為隧道內運動目標的觀測值；(6)構建目標狀態模型；(7)對目標進行粒子跟蹤跟蹤濾波。本發明通過構造統一的觀測矩陣充分提取回波中的直達波與多徑回波信息，實現對隧道內運動目標的穩定準確跟蹤。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達通信技術領域中的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。本發明可以對毫米波雷達實時回波數據進行處理，實現隧道交通領域的運動目標跟蹤。

背景技術

運動目標跟蹤技術是指，利用傳感器對運動目標進行探測，對傳感器所獲得的數據或圖像信號進行跟蹤濾波處理，形成目標運動航跡的技術。使用雷達對運動目標進行跟蹤有一個基本前提，從雷達到目標的視距LOS(Line of sight)的直達波信號是可以被雷達接收，且可以從回波中檢測到。在隧道交通領域中，由于隧道內空間封閉，電磁波在其中傳播情況復雜，從回波檢測出直達波信號的難度變大，如果隧道存在轉彎，轉彎處的隧道壁會對跟蹤目標形成遮擋，從雷達直接到目標的視距方向的直達波信號不存在，現有的基于直達波的信號處理方法在隧道中不能有效對目標進行跟蹤。

安徽科力信息產業責任有限公司在其申請的專利文件“一種基于圖像處理的隧道視頻運動目標檢測方法”(專利申請號201410030160.0，公開號CN103810703A)中公開了一種對隧道視頻運動目標進行檢測的方法。該方法基于光學傳感器獲取的實時動態更新的隧道背景模型，通過構造視頻各禎的局部結構相似性測度函數和局部灰度統計測度函數，對運動目標和背景信息進行區分。該方法存在的不足之處是：視頻檢測手段受隧道內光照條件影響大，在探測區域光照弱時候無法實現跟蹤目的。

北京華航無線電測量研究所在其在其申請的專利文件“一種用于車載毫米波雷達的多目標跟蹤方法”(專利申請號201711380531.8，專利公開號CN108344992A)中提供了一種用于車載毫米波雷達的多目標跟蹤方法。該方法通過毫米波車載雷達獲取多目標跟蹤數據，將獲取的包括目標距離、速度和角度的多目標信息進行信息整理后，定義航跡結構體，初始化多目標跟蹤濾波的參數，并提取多目標跟蹤參數，對整理后的距離、速度和角度信息進行多目標跟蹤濾波獲得目標航跡。該方法存在的不足之處是：僅利用雷達回波數據中的直達波數據，將回波中來自多徑傳播的數據當作干擾濾除，當目標被遮擋不存在直達波路徑時，無法對運動目標進行跟蹤。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種隧道內基于多徑利用毫米波雷達的目標跟蹤方法，以實現當目標發生遮擋、光照變化時使用多徑信息對目標進行準確、有效地跟蹤。

實現本發明目的的具體思路是，在隧道內放置一部毫米波雷達，對隧道進行建模后利用射線追蹤的方法分析雷達回波中可利用的各個路徑的探測，通過構造統一的觀測矩陣充分提取回波中的直達波與多徑回波信息，實現對隧道內運動目標的穩定準確跟蹤。

為實現上述目的，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；