一種穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤差矯正方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤差矯正方法利用兩接收通道下的目標(biāo)距離和，通過(guò)直接橢圓交叉定位得到目標(biāo)虛擬位置，然后基于已知的墻體參數(shù)求得該虛擬目標(biāo)的虛擬距離和，再將虛擬距離和與目標(biāo)距離和做差得到距離和矯正量，最后從真實(shí)目標(biāo)的距離和中減去該矯正量再進(jìn)行橢圓交叉定位處理，完成目標(biāo)定位及誤差矯正。本發(fā)明校正了墻體電磁穿透對(duì)目標(biāo)定位造成的位置偏差，提高了穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精度，保證了后續(xù)跟蹤處理的穩(wěn)健性。與現(xiàn)有的方法相比，計(jì)算簡(jiǎn)便，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)用性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤差矯正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于穿墻雷達(dá)技術(shù)，特別涉及穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位誤差矯正技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)動(dòng)人體定位是穿墻雷達(dá)的一項(xiàng)基本功能。對(duì)于便攜式的小孔徑穿墻雷達(dá)來(lái)說(shuō)， 通常采用基于電磁波到達(dá)時(shí)間估計(jì)（即電磁波從發(fā)射天線(xiàn)到目標(biāo)，再?gòu)哪繕?biāo)到接收天線(xiàn)的 傳播延遲）的方法來(lái)確定運(yùn)動(dòng)人體位置坐標(biāo)。但由于電磁波在穿透墻體過(guò)程中減慢了傳播 速度并發(fā)生折射，使得電磁波的到達(dá)時(shí)間估計(jì)值略大于沒(méi)有墻體遮擋情況下、天線(xiàn)與目標(biāo) 間直線(xiàn)距離的傳播延時(shí)，最終導(dǎo)致目標(biāo)定位位置向外偏離其實(shí)際位置，造成定位誤差。更糟 糕的是，該誤差將隨著墻體電磁參數(shù)（厚度、相對(duì)介電常數(shù)）、目標(biāo)所在方位角度的增加而 迅速增大。因此在穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位中，需要研究其定位誤差的矯正方法。
[0003] 目前，穿墻雷達(dá)定位誤差矯正主要有W下幾種方法。（1)法國(guó)的羅謝爾大學(xué) 基于折射定律利用非相干方法對(duì)人體目標(biāo)進(jìn)行定位，但是該方法計(jì)算量較大（詳見(jiàn) Zhao,Xiao_wei. "Through the wall detection and localization of a moving target with a bistatic UWB radar system. "The 7th European Radar Conference. 2010) ; (2) 斯洛伐克的科希策科技大學(xué)提出了多視角聯(lián)合楠圓交叉定位法，利用兩部一發(fā)兩收的穿墻 雷達(dá)系統(tǒng)在不同的視角對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)多個(gè)楠圓交叉點(diǎn)求解算數(shù)平均得到目標(biāo)位置， 但是實(shí)際探測(cè)環(huán)境通常不具備多視角探測(cè)的條件（詳見(jiàn)SVecoviM.，and D. Kocur. "Target localization by the method od joining intersections of the ellipses. "Radar Symposium(IRS),201011th International. IE邸，2010) ;(3)中國(guó)電波傳播研究所提出查 表法，離線(xiàn)計(jì)算出時(shí)延與目標(biāo)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)查表的方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，但是當(dāng)墻 體參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，查找表也要重新計(jì)算（詳見(jiàn)王君超等."穿墻偵察雷達(dá)人體目標(biāo)的定位 與跟蹤."現(xiàn)代雷達(dá)33. 11 (2012) :10-13)。綜上所述，現(xiàn)有便攜式穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤 差矯正方法具有一定的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種簡(jiǎn)單、有效的便攜式穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體 定位誤差矯正的方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所才用的技術(shù)方案是，一種穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤 差矯正方法，包括W下步驟：
[0006] 1)利用一發(fā)兩收的穿墻雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，獲得兩個(gè)接收通道的回波距離像平面；
[0007] 2)對(duì)兩個(gè)接收通道的距離像平面進(jìn)行脈沖對(duì)消后，提取兩個(gè)接收通道的距離像上 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和ri，k、r2，k;
[0008] 3)利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和ri,k、r2,k通過(guò)楠圓交叉定位獲得矯正前的目標(biāo)位置；
[0009] 4)將矯正前的目標(biāo)位置作為一個(gè)虛擬目標(biāo)位置，已知墻體厚度、相對(duì)介電常數(shù)，利 用電磁波折射定律計(jì)算該虛擬目標(biāo)的回波距離和ri/ k、r2' ,k;
[0010] 5)將虛擬目標(biāo)的回波距離和減去運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和得到矯正量Al'，k、A' 2，k, Al'，k = ri，' k-ri，k，A' 2，k = ri'，k_r2，k;
[0011] 6)將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和減去矯正量得到真實(shí)目標(biāo)矯正后的距離和Ai-;
[0012] 7)利用真實(shí)目標(biāo)的距離和、A/r通過(guò)楠圓交叉定位獲得矯正后的目標(biāo)位置。
[0013] 本發(fā)明利用兩接收通道下的目標(biāo)距離和，通過(guò)直接楠圓交叉定位得到目標(biāo)虛擬位 置，然后基于已知的墻體參數(shù)求得該虛擬目標(biāo)的虛擬距離和，再將虛擬距離和與目標(biāo)距離 和做差得到距離和矯正量，最后從真實(shí)目標(biāo)的距離和中減去該矯正量再進(jìn)行楠圓交叉定位 處理，完成目標(biāo)定位及誤差矯正。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是，校正了墻體電磁穿透對(duì)目標(biāo)定位造成的位置偏差，提高了 穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精度，保證了后續(xù)跟蹤處理的穩(wěn)健性。與現(xiàn)有的方法相比，計(jì)算簡(jiǎn) 便，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)用性高。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為定位誤差示意圖。
[0016] 圖2為算法流程圖。
[0017] 圖3虛擬目標(biāo)距離和求解示意圖。
[001引 圖4實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖。
[0019] 圖5預(yù)處理后的兩通道距離和。
[0020] 圖6補(bǔ)償前利用楠圓交叉定位后的結(jié)果。
[0021] 圖7定位誤差補(bǔ)償后的人體位置估計(jì)值分布。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，作W下術(shù)語(yǔ)定義：
[0023] 距離和：自由空間中，電磁波在由發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出并經(jīng)物體反射后由接收天線(xiàn)接收 的過(guò)程中的傳播距離。當(dāng)傳輸介質(zhì)不可W看做自由空間時(shí)，距離和為實(shí)際傳播延時(shí)與真空 中光速的乘積。
[0024] 本發(fā)明基于一發(fā)兩收天線(xiàn)配置的便攜式穿墻雷達(dá)，如圖1所示。雷達(dá)包括一個(gè)發(fā) 射天線(xiàn)和兩個(gè)接收天線(xiàn)，H個(gè)天線(xiàn)呈均勻線(xiàn)陣放置，間距為D，發(fā)射天線(xiàn)位于中間。墻體厚 度d和相對(duì)介電常數(shù)e均已知。W發(fā)射天線(xiàn)前端作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立笛卡爾坐標(biāo)系。假設(shè) ri,k、r2,k為第k次探測(cè)時(shí)分別從兩個(gè)接收通道提取出來(lái)的運(yùn)動(dòng)人體目標(biāo)的距離和（此時(shí)目 標(biāo)位于PkUk, yk))，根據(jù)圖1所示，矯正后的兩個(gè)通道的距離和和吃i偏小，即； 「 1 = \a- …
[00 巧]L . (1) 一、A 一 */v 一，化
[0026] 其中，A i，k和A 2，k為電磁波在墻體內(nèi)傳播相對(duì)于在自由空間傳播時(shí)的傳播距離 增量（也稱(chēng)作矯正量），兩個(gè)通道略有不同，其值均大于零。因此，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)人體目標(biāo)定位誤 差矯正的關(guān)鍵是求解兩個(gè)矯正量A i，k和A 2，k。
[0027] 矯正流程如如圖2所示，包括W下步驟：
[002引步驟1 ;預(yù)處理
[0029] 根據(jù)所使用的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理操作，獲得兩個(gè)接收通道的回波距離像平 面。距離像平面的行標(biāo)為距離和，列標(biāo)為信號(hào)發(fā)射周期序號(hào)，其每一行為一次完整探測(cè)。對(duì) 于線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，預(yù)處理為匹配濾波；對(duì)于步進(jìn)頻信號(hào)，預(yù)處理為快速傅里葉變換；對(duì)于超 窄脈沖信號(hào)，不需要特殊的預(yù)處理操作。
[0030] 步驟2 ;兩脈沖對(duì)消
[0031] 兩脈沖對(duì)消的目的是抑制靜止雜波、凸顯運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。基本假設(shè)為，探測(cè)中雷達(dá)位置 不動(dòng)，則場(chǎng)景中的靜止目標(biāo)，例如墻壁、家具等，對(duì)相鄰周期的探測(cè)信號(hào)而言其回波基本相 同，則通過(guò)相鄰周期回波相減可W大幅抑制；而運(yùn)動(dòng)人體回波是時(shí)變的，相鄰周期回波相減 對(duì)它的削弱不明顯，從而凸顯了出來(lái)。
[0032] 步驟3 ;距離和提取及目標(biāo)位置估計(jì)
[0033] 利用固定口限檢測(cè)、恒虛警檢測(cè)等方法從兩個(gè)通道的距離像上分別提取運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)的距離和。假設(shè)當(dāng)前周期兩個(gè)通道提取出來(lái)的距離和分別為ri,k和r2,k，真實(shí)目標(biāo)位于 Pk(Xk，yk)，如圖l所示。由rl,k和r2,k，通過(guò)楠圓交叉定位原理（求解得出如下方程）獲得 目標(biāo)虛擬位置Pk' (?'，yk')，如圖3所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種穿墻雷達(dá)運(yùn)動(dòng)人體定位誤差矯正方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 利用一發(fā)兩收的穿墻雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，獲得兩個(gè)接收通道的回波距離像平面； 2) 對(duì)兩個(gè)接收通道的距離像平面進(jìn)行脈沖對(duì)消后，提取兩個(gè)接收通道的距離像上運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)的距離和; 3) 利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和ru、r2，k通過(guò)橢圓交叉定位獲得矯正前的目標(biāo)位置； 4) 將矯正前的目標(biāo)位置作為一個(gè)虛擬目標(biāo)位置，已知墻體厚度、相對(duì)介電常數(shù)，利用電 磁波折射定律計(jì)算該虛擬目標(biāo)的回波距離和巧/k、r2'，k; 5) 將虛擬目標(biāo)的回波距離和減去運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和得到矯正量Λ/ ,k、A' 2，k， Δ/ ,It =T1/ ,TljkjAi；k-r2；k； 6) 將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和減去矯正量得到真實(shí)目標(biāo)矯正后的距離和L 7) 利用真實(shí)目標(biāo)的距離和L通過(guò)橢圓交叉定位獲得矯正后的目標(biāo)位置。
【文檔編號(hào)】G01S13/06GK104237875SQ201410475280
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】崔國(guó)龍, 張鵬, 易川, 王世明, 劉劍剛, 孔令講, 楊曉波, 楊建宇 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)