用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法。该方法利用超宽带穿墙雷达一对传感器的回波数据对障碍物后的运动目标进行实时、准确的一维检测和跟踪，在一定程度上解决一维穿墙探测中由于回波不稳定带来的目标难以分辨及定位的问题。同时，由于可同时检测并跟踪障碍物后的多个运动目标，因而可有效解决超宽带穿墙雷达在传感器数量限制(硬件系统体积限制)和多目标探测能力之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超宽带雷达
，尤其涉及一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法。
技术介绍
脉冲式超宽带穿墙雷达是一种基于超宽带脉冲技术的短距离移动目标探测雷达，它通过发射超宽带窄脉冲信号，穿透一般的障碍物(如普通建筑物内的各类砖墙、钢筋混凝土墙等)，接收并分析回波信号，实时地为操作人员判断障碍物后运动目标(人)的存在并准确地提供目标的位置信息及其运动情况等，以达到对隐藏在障碍物后的运动目标进行非入侵式探测的目的，提高操作人员侦察与探测、态势感知等方面的能力。超宽带穿墙雷达根据其所使用的传感器(收发天线)不同的排列方式可以具备不同的探测能力。基于单传感器的穿墙雷达，可利用传感器接收的A-Scan回波，从中获取目标回波对应的时延，进而获得目标与雷达的径向距离等一维信息。这类具备一维探测能力的穿墙雷达，由于只使用一对传感器，因而具有体积小、重量轻、便于携带的特点，所以其又被称为便携式超宽带穿墙雷达。在穿墙雷达的实际使用中，往往会受到诸多来自其自身及外界不利因素的影响，比如雷达系统的随机热噪声，墙体介质及其分布的不确定性，探测环境中的多径效应等等，这些不利因素会对雷达回波造成严重干扰，直接导致便携式穿墙雷达对目标的定位出现不稳定的情况，给操作人员分辨目标、确定目标位置都带来了极大不便。另外，由于传感器数量过少，便携式穿墙雷达通常仅能有效跟踪一个运动目标，而当被测区域内出现两到三个运动目标时，其往往只能跟踪反射回波能量最强的一个目标，其余的目标则无法被有效探测到。可见，对收发传感器数量的限制，或者说对穿墙雷达便携性的较高要求，往往制约了超宽带穿墙雷达对多目标的探测能力。在实现本专利技术的过程中，申请人意识到：若能通过有效的检测手段将传感器A-Scan回波中所有可能是目标的位置都提取出来，进而再对不同位置的目标分别进行跟踪，则可在一定程度上解决上述由定位不稳定带来的问题，同时也可有效解决超宽带穿墙雷达在传感器数量限制和多目标探测能力之间的矛盾。因此，如何利用超宽带穿墙雷达单传感器的回波数据对障碍物后的多个运动目标进行实时、准确的一维检测并跟踪是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法。(二)技术方案本专利技术用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法包括：步骤A：对超宽带穿墙雷达慢时n时刻的A-Scan回波数据r0(n)进行预处理操作得到回波数据r(n)；步骤B：由回波数据r(n)进行运动目标检测，得到n时刻的运动目标点迹p(n)，实现运动目标一维检测；步骤C：将n时刻运动目标所有可能的点迹p(n)与n-1时刻形成的各条稳定航迹STk(n-1)以及各条临时航迹TTl(n-1)进行关联匹配操作，得到n时刻各条稳定航迹STk的观测值yk(n)以及各条临时航迹TTl的观测值zl(n)，其中，k和l分别是稳定航迹和临时航迹的编号；步骤D：对n-1时刻的稳定航迹STk(n-1)和临时航迹TTl(n-1)进行航迹管理，包括航迹起始、航迹维持和航迹删除操作，形成n时刻的稳定航迹STk(n)和临时航迹TTl(n)；以及步骤E：将n时刻的各条稳定航迹STk(n)及其对应的观测值yk(n)输入交互多模型下的卡尔曼滤波器进行最优滤波，获得n时刻被测区域内各目标离雷达的距离估计值(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法具有以下有益效果：(1)利用超宽带穿墙雷达对传感器的回波数据对障碍物后的运动目标进行实时、准确的一维检测和跟踪，在一定程度上解决一维穿墙探测中由于回波不稳定带来的目标难以分辨及定位的问题；(2)由于可同时检测并跟踪障碍物后的多个运动目标，因而可有效解决超宽带穿墙雷达在传感器数量限制(硬件系统体积限制)和多目标探测能力之间的矛盾。附图说明图1为根据本专利技术实施例用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法的流程图；图2所示为便携式穿墙雷达所采集到的一组原始实验数据(B-Scan)的灰度图，其中每道A-Scan已经过幅度归一化处理；图3所示为图2结果经相邻对消后得到的运动目标回波，并且每道A-Scan已经过幅度归一化处理；图4所示为图3运动目标回波经CFAR检测得到的所有时刻的目标点迹；图5所示为图2数据经本专利技术算法最终输出的目标距离随慢时变化的情况。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。本专利技术是一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法。令便携式超宽带穿墙雷达在慢时n时刻接收到的A-Scan回波信号为r(n)，本专利技术的主要目的是从回波信号r(n)中获得n时刻被测区域内所有运动目标与雷达径向距离的估计值。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法。图1为根据本专利技术实施例用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法的流程图。如图1所示，本实施例包括：步骤A：对便携式超宽带穿墙雷达慢时n时刻的A-Scan回波数据r0(n)进行预处理操作得到回波数据r(n)；其中，该A-Scan回波数据r0(n)是由超宽带穿墙雷达一对收发传感器获取的，对其进行预处理的预处理操作因不同的雷达系统而异，一般包括累积平均、带通滤波、抖动去除、匹配滤波、包络检测等基本信号处理手段。本实施例中，预处理操作采用带通滤波和匹配滤波两项操作，即r(n)＝MF{BPF{r0(n)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法，其特征在于，包括：步骤A：对超宽带穿墙雷达慢时n时刻的A‑Scan回波数据r0(n)进行预处理操作得到回波数据r(n)；步骤B：由回波数据r(n)进行运动目标检测，得到n时刻的运动目标点迹p(n)，实现运动目标一维检测；步骤C：将n时刻运动目标所有可能的点迹p(n)与n‑1时刻形成的各条稳定航迹STk(n‑1)以及各条临时航迹TTl(n‑1)进行关联匹配操作，得到n时刻各条稳定航迹STk的观测值yk(n)以及各条临时航迹TTl的观测值zl(n)，其中，k和l分别是稳定航迹和临时航迹的编号；步骤D：对n‑1时刻的稳定航迹STk(n‑1)和临时航迹TTl(n‑1)进行航迹管理，包括航迹起始、航迹维持和航迹删除操作，形成n时刻的稳定航迹STk(n)和临时航迹TTl(n)；以及步骤E：将n时刻的各条稳定航迹STk(n)及其对应的观测值yk(n)输入交互多模型下的卡尔曼滤波器进行最优滤波，获得n时刻被测区域内各目标离雷达的距离估计值

【技术特征摘要】
1.一种用于超宽带穿墙雷达运动目标一维检测与跟踪的方法，其特征在于，包括：步骤A：对超宽带穿墙雷达慢时n时刻的A-Scan回波数据r0(n)进行预处理操作得到回波数据r(n)；步骤B：由回波数据r(n)进行运动目标检测，得到n时刻的运动目标点迹p(n)，实现运动目标一维检测；步骤C：将n时刻运动目标所有可能的点迹p(n)与n-1时刻形成的各条稳定航迹STk(n-1)以及各条临时航迹TTl(n-1)进行关联匹配操作，得到n时刻各条稳定航迹STk的观测值yk(n)以及各条临时航迹TTl的观测值zl(n)，其中，k和l分别是稳定航迹和临时航迹的编号；步骤D：对n-1时刻的稳定航迹STk(n-1)和临时航迹TTl(n-1)进行航迹管理，包括航迹起始、航迹维持和航迹删除操作，形成n时刻的稳定航迹STk(n)和临时航迹TTl(n)；以及步骤E：将n时刻的各条稳定航迹STk(n)及其对应的观测值yk(n)输入交互多模型下的卡尔曼滤波器进行最优滤波，获得n时刻被测区域内各目标离雷达的距离估计值2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E还包括：将n时刻的各条稳定航迹STk(n)及其对应的观测值yk(n)输入交互多模型下的卡尔曼滤波器进行最优滤波，获得对n+1时刻被测区域内各目标离雷达距离的预测值令n＝n+1，执行步骤A；所述步骤C包括：子步骤C1：以n-1时刻各条稳定航迹STk(n-1)卡尔曼滤波器的距离预测值为中心分别建立一个宽度为d1的邻域Ak，以n-1时刻各条临时航迹TTl(n-1)的观测值为中心分别建立一个宽度d2的邻域Bl；子步骤C2：对n时刻运动目标所有可能的点迹p(n)进行筛选，落在Ak的点迹p1k(n)为对应稳定航迹STk的关联点迹集合，其中k＝1，2，...，；落在Bl的点迹p2l(n)为对应临时航迹TTl的关联点迹集合，其中，l＝1，2，...；p(n)中的剩余点迹p3(n)被认为可能是新目标产生的点迹，用于新航迹的起始；子步骤C3：若将p1k(n)与对应的稳定航迹STk进行关联匹配操作，获得稳定航迹STk在n时刻的观测值yk(n)；若则yk(n)即等于步骤C1中的以及子步骤C4：若步骤C2中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世有，谭恺，陈洁，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11