一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法技术

本发明专利技术提供一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法利用两接收通道下的目标距离和，通过直接椭圆交叉定位得到目标虚拟位置，然后基于已知的墙体参数求得该虚拟目标的虚拟距离和，再将虚拟距离和与目标距离和做差得到距离和矫正量，最后从真实目标的距离和中减去该矫正量再进行椭圆交叉定位处理，完成目标定位及误差矫正。本发明专利技术校正了墙体电磁穿透对目标定位造成的位置偏差，提高了穿墙雷达运动目标定位精度，保证了后续跟踪处理的稳健性。与现有的方法相比，计算简便，实时性强，实用性高。

【技术实现步骤摘要】
一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法
本专利技术属于穿墙雷达技术，特别涉及穿墙雷达运动目标定位误差矫正技术。
技术介绍
运动人体定位是穿墙雷达的一项基本功能。对于便携式的小孔径穿墙雷达来说，通常采用基于电磁波到达时间估计(即电磁波从发射天线到目标，再从目标到接收天线的传播延迟)的方法来确定运动人体位置坐标。但由于电磁波在穿透墙体过程中减慢了传播速度并发生折射，使得电磁波的到达时间估计值略大于没有墙体遮挡情况下、天线与目标间直线距离的传播延时，最终导致目标定位位置向外偏离其实际位置，造成定位误差。更糟糕的是，该误差将随着墙体电磁参数(厚度、相对介电常数)、目标所在方位角度的增加而迅速增大。因此在穿墙雷达运动人体定位中，需要研究其定位误差的矫正方法。目前，穿墙雷达定位误差矫正主要有以下几种方法。(1)法国的罗谢尔大学基于折射定律利用非相干方法对人体目标进行定位，但是该方法计算量较大(详见Zhao,Xiao-wei."ThroughthewalldetectionandlocalizationofamovingtargetwithabistaticUWBradarsystem."The7thEuropeanRadarConference.2010)；(2)斯洛伐克的科希策科技大学提出了多视角联合椭圆交叉定位法，利用两部一发两收的穿墙雷达系统在不同的视角对目标进行探测，对多个椭圆交叉点求解算数平均得到目标位置，但是实际探测环境通常不具备多视角探测的条件(详见M.,andD.Kocur."Targetlocalizationbythemethododjoiningintersectionsoftheellipses."RadarSymposium(IRS),201011thInternational.IEEE,2010)；(3)中国电波传播研究所提出查表法，离线计算出时延与目标位置的对应关系，通过查表的方式对目标进行定位，但是当墙体参数发生变化时，查找表也要重新计算(详见王君超等."穿墙侦察雷达人体目标的定位与跟踪."现代雷达33.11(2012):10-13)。综上所述，现有便携式穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种简单、有效的便携式穿墙雷达运动人体定位误差矫正的方法。本专利技术为解决上述技术问题所才用的技术方案是，一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法，包括以下步骤：1)利用一发两收的穿墙雷达进行探测，获得两个接收通道的回波距离像平面；2)对两个接收通道的距离像平面进行脉冲对消后，提取两个接收通道的距离像上运动目标的距离和r1,k、r2,k；3)利用运动目标的距离和r1,k、r2,k通过椭圆交叉定位获得矫正前的目标位置；4)将矫正前的目标位置作为一个虚拟目标位置，已知墙体厚度、相对介电常数，利用电磁波折射定律计算该虚拟目标的回波距离和r1,′k、r2′,k；5)将虚拟目标的回波距离和减去运动目标的距离和得到矫正量△1′,k、△′2,k，△1′,k＝r1,′k-r1,k，△′2,k＝r1′,k-r2,k；6)将运动目标的距离和减去矫正量得到真实目标矫正后的距离和7)利用真实目标的距离和通过椭圆交叉定位获得矫正后的目标位置。本专利技术利用两接收通道下的目标距离和，通过直接椭圆交叉定位得到目标虚拟位置，然后基于已知的墙体参数求得该虚拟目标的虚拟距离和，再将虚拟距离和与目标距离和做差得到距离和矫正量，最后从真实目标的距离和中减去该矫正量再进行椭圆交叉定位处理，完成目标定位及误差矫正。本专利技术的有益效果是，校正了墙体电磁穿透对目标定位造成的位置偏差，提高了穿墙雷达运动目标定位精度，保证了后续跟踪处理的稳健性。与现有的方法相比，计算简便，实时性强，实用性高。附图说明图1为定位误差示意图。图2为算法流程图。图3虚拟目标距离和求解示意图。图4实验场景图。图5预处理后的两通道距离和。图6补偿前利用椭圆交叉定位后的结果。图7定位误差补偿后的人体位置估计值分布。具体实施方式为了方便描述本专利技术的内容，作以下术语定义：距离和：自由空间中，电磁波在由发射天线发出并经物体反射后由接收天线接收的过程中的传播距离。当传输介质不可以看做自由空间时，距离和为实际传播延时与真空中光速的乘积。本专利技术基于一发两收天线配置的便携式穿墙雷达，如图1所示。雷达包括一个发射天线和两个接收天线，三个天线呈均匀线阵放置，间距为D，发射天线位于中间。墙体厚度d和相对介电常数ε均已知。以发射天线前端作为坐标原点建立笛卡尔坐标系。假设r1,k、r2,k为第k次探测时分别从两个接收通道提取出来的运动人体目标的距离和(此时目标位于Pk(xk,yk))，根据图1所示，矫正后的两个通道的距离和和偏小，即：其中，△1,k和△2,k为电磁波在墙体内传播相对于在自由空间传播时的传播距离增量(也称作矫正量)，两个通道略有不同，其值均大于零。因此，实现运动人体目标定位误差矫正的关键是求解两个矫正量△1,k和△2,k。矫正流程如如图2所示，包括以下步骤：步骤1：预处理根据所使用的信号进行相应的预处理操作，获得两个接收通道的回波距离像平面。距离像平面的行标为距离和，列标为信号发射周期序号，其每一行为一次完整探测。对于线性调频信号，预处理为匹配滤波；对于步进频信号，预处理为快速傅里叶变换；对于超窄脉冲信号，不需要特殊的预处理操作。步骤2：两脉冲对消两脉冲对消的目的是抑制静止杂波、凸显运动目标。基本假设为，探测中雷达位置不动，则场景中的静止目标，例如墙壁、家具等，对相邻周期的探测信号而言其回波基本相同，则通过相邻周期回波相减可以大幅抑制；而运动人体回波是时变的，相邻周期回波相减对它的削弱不明显，从而凸显了出来。步骤3：距离和提取及目标位置估计利用固定门限检测、恒虚警检测等方法从两个通道的距离像上分别提取运动目标的距离和。假设当前周期两个通道提取出来的距离和分别为r1,k和r2,k，真实目标位于Pk(xk,yk)，如图1所示。由r1,k和r2,k，通过椭圆交叉定位原理(求解得出如下方程)获得目标虚拟位置Pk′(xk′,yk′)，如图3所示。其中D为收发天线间的距离。步骤4：虚拟双通道回波距离和求解假设Pk′(x′k,y′k)处确实有一个目标。根据墙体厚度d、相对介电常数εr以及折射定律可以计算出其对应的回波距离和：其中lP′T,w、lP′R1,w、lP′R2,w为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用一发两收的穿墙雷达进行探测，获得两个接收通道的回波距离像平面；2)对两个接收通道的距离像平面进行脉冲对消后，提取两个接收通道的距离像上运动目标的距离和r1,k、r2,k；3)利用运动目标的距离和r1,k、r2,k通过椭圆交叉定位获得矫正前的目标位置；4)将矫正前的目标位置作为一个虚拟目标位置，已知墙体厚度、相对介电常数，利用电磁波折射定律计算该虚拟目标的回波距离和r1,′k、r2′,k；5)将虚拟目标的回波距离和减去运动目标的距离和得到矫正量△1′,k、△′2,k，△1′,k＝r1,′k‑r1,k，△′2,k＝r1′,k‑r2,k；6)将运动目标的距离和减去矫正量得到真实目标矫正后的距离和7)利用真实目标的距离和通过椭圆交叉定位获得矫正后的目标位置。

【技术特征摘要】
1.一种穿墙雷达运动人体定位误差矫正方法，包括步骤：1)利用一发两收的穿墙雷达进行探测，获得两个接收通道的回波距离像平面；2)对两个接收通道的距离像平面进行脉冲对消后，提取两个接收通道的距离像上运动目标的距离和r1,k、r2,k；3)利用运动目标的距离和r1,k、r2,k通过椭圆交叉定位获得矫正前的目标位置；其特征在于，步骤3)之后还包括步骤；4)将矫正前的目标位置作为一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国龙，张鹏，易川，王世明，刘剑刚，孔令讲，杨晓波，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51