[發明專利]基于Bezier模型的霍夫變換的多普勒穿墻雷達定位方法

有效

• 申請號: 201811623501.X
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109541579B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 丁一鵬;孫印花;林筱壹;余廈蒞;雷承熹;黃國偉;李正敏
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S13/72;G01S7/41
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種基于Bezier模型的霍夫變換的多普勒穿墻雷達定位方法，屬于目標跟蹤技術領域，基于Bezier模型的霍夫變換頻率估計算法，用于提取接收回波中感興趣的目標分量并對其瞬時頻率特征值進行估計；定位跟蹤算法，用于根據瞬時頻率對目標進行實時估測位置信息，合成目標運動軌跡，實現對目標的跟蹤。該算法具有定位精度高，同時避免了多通道數據融合等繁冗的計算過程，具有運算速度快等優點。本發明不僅可以保證多普勒穿墻雷達系統的低廉和簡潔性和探測實時性，還可以保證高精度、多目標的定位，此外能夠解決“頻率模糊”問題，減小信號處理的復雜度，在多普勒穿墻雷達的目標跟蹤領域中具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于目標跟蹤技術領域，特別涉及一種基于Bezier模型的霍夫變換的多普勒穿墻雷達定位方法。

背景技術

近年來，利用多普雷穿墻雷達對人類目標進行跟蹤被視為一種強有力的工具，在軍事和民用領域具有廣泛的應用背景。早期的研究成果表明，為了經濟有效的對目標進行定位，準確估計目標的瞬時頻率(Instantaneous Frequencies，IFs) 具有重要作用。為了實現這一目標，目前最常用的方式是采用時頻分析技術，通過提取時頻平面上的最大值作為目標時頻軌跡。然而，時頻分析方法具有幾個主要缺點：第一，由于穿墻雷達應用的特殊性，大部分觀測者往往希望能夠實時獲取目標的探測信息，因為對信號處理過程中的時窗長度具有嚴苛的限制，導致對目標瞬時頻率估計的低分辨率和低精度缺陷；第二，當不同目標的瞬時頻率太過接近以至于不能被時頻算法準確識別時，該算法對目標瞬時頻率的估計精度將發生明顯下降。這種現象也稱之為“頻率模糊”效應；第三，時頻分析方法容易受到噪聲干擾。在低信噪比條件下，強噪聲干擾信號很容易被錯誤識別為虛假目標，不僅降低了瞬時頻率的估計精度，還會影響檢測結果的可靠性和魯棒性。此外，該雷達定位算法的計算復雜度也是影響實時目標跟蹤的重要因素。

為了克服上述缺陷，學者們對如何改善目標瞬時頻率的估計性能做了大量的研究。有學者將陣列處理技術和多普勒頻率估計算法相結合，提高對目標瞬時頻率的估計精度，克服“頻率模糊”效應[1]。但是，該方法需要構建大尺寸的收發天線陣列，對目標瞬時頻率估計精度的提升是以犧牲雷達尺寸、重量、成本等工程應用參數為代價的。另外，有學者用分辨率更高的雙線性時頻變換方法來估計目標瞬時頻率[2-3]。但是，該方法在處理多目標的定位跟蹤時會受限于不可避免的交叉性干擾問題。還有學者試圖通過傳統多分量分離算法，如奇異值分解(SVD)，經驗模式分解(EMD)和Hibert-Huang變換(HHT)等，來分離不同目標產生的回波分量，進而避免“頻率模糊”效應[4-7]。由于傳統多分量分離算法大多基于回波信號的頻率特性，因而在分離過程中容易發生模態混疊問題，即在不同目標分量在頻率相近甚至混疊區域內，瞬時頻率的估計精度將出現顯著下降。有人采用多項式模型來擬合回波相位并根據它們系數的差異來提取不同的目標分量。但是，該算法同樣受限于交叉項干擾問題。并隨著相位階數的增加，算法的計算復雜度會呈指數式地增加，對雷達的處理單元造成造成很大的計算壓力。

綜上所述，現有技術存在的問題是：1)、目前改善目標瞬時頻率的估計性能方法主要是以增加天線來獲取更多的信號特征為主，導致雷達尺寸大、重量大、成本高，不符合穿墻雷達的便捷性和經濟性；2)、時頻分分析技術等會受到時間和頻率分辨率相互妥協的問題，導致頻率的估計精度下降；3)、當不同目標的瞬時頻率相近或發生混疊時，非線性時頻分析算法不可避免會遇到交叉項干擾問題，這都將導致瞬時頻率的估計精度降低；4)、含高階相計算的算法會增加計算復雜度，從而不能很好的實現目標實時定位跟蹤。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種成本低、估計精度高、抗干擾能力強、算法復雜度低的基于Bezier模型的霍夫變換的多普勒穿墻雷達定位方法，能很好的實現目標實時定位跟蹤。

本發明提供一種基于Bezier模型的霍夫變換的多普勒穿墻雷達定位方法，包括以下步驟：

S1.基于Bzeier模型的霍夫變換頻率估計算法，完成對解調后回波信號的分量分離與瞬時頻率的估計；