用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，包括：将至少4个用于生命探测的雷达探测单元排布成一个面阵，确定其位置坐标；获取每个雷达探测单元的信号；从中提取探测到的生命体个数以及相应的距离信息；对所有的雷达探测单元进行数学上的随机组合，并对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合计算出一个可能的目标位置，并给每个位置分配一个可信度指数，决定其是否保留；以及对保留的位置进行聚类，依据每个类中元素个数占所有可能位置点的比例分配一个概率，选取概率最高的m个类当作目标体真实位置所在的类，对其进行加权平均，同时得到多生命体的具体位置。上述方法有效去除了错误解和虚假解，实现了多目标同时定位。

Multi target simultaneous localization method for life detection radar array

The invention provides a method for multi-target simultaneous positioning of a life detection radar array, which comprises: arranging at least four radar detection units for life detection into a single array to determine their position coordinates; acquiring signals of each radar detection unit; extracting the number of detected life bodies and corresponding distances from the array. Information; mathematical random combination of all radar detection units, and pairing of range information in each radar combination to calculate a possible target location, and assign each location a reliability index to determine whether it is retained; and clustering of the retained location according to each class The proportion of the number of elements in all possible locations is assigned a probability, and the M classes with the highest probability are selected as the classes of the real locations of the target. The weighted average of the classes is carried out, and the specific locations of multiple living bodies are obtained. The above methods effectively remove the erroneous solution and false solution, and achieve the simultaneous localization of multiple targets.

【技术实现步骤摘要】
用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法
本专利技术属于生命探测雷达系统领域，涉及一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法。
技术介绍
在现有的灾后救援过程中，生命探测雷达起到了很多作用，为救援人员判定废墟底下是否有生命体存在提供了第一手资料，在实际救援的过程中，由于某些救援目标没有被发现，或者无法准确定位，导致在对某一个对象实施救援时，对其他的对象造成了二次伤害，因而同时识别废墟底下多个目标的存在，并确定其具体位置是非常重要的。现在的生命探测雷达基本是单站式的，只能帮助救援人员确定雷达探测区域以内是否有生命体存在，无法确定生命体的具体位置。为了确定生命体位置，已有研究采用三角定位的方式，通过三个雷达单元同时检测一个目标的方式来确定生命体位置，但是这种定位方式在只有单个生命体存在的情况下适用，对于有多个生命体存在的情况无法实现准确定位，而现有的较为成熟的多个目标同时定位的方法，则要求各个被定位目标体有其特征识别信息，包括特定的ID或者各个目标体的速度、体积等参数存在差异，才能实现定位信息与目标体之间的一一对应，从而实现多目标同时定位，但是在生命体探测过程中，这些差异信息基本都不存在，因此传统的生命探测雷达系统及定位方法无法解决多目标同时定位的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，包括：步骤S102：将r个用于生命探测的雷达探测单元排布成一个面阵，其中r≥4，并选定一个位置作为参考点，基于此确定各个雷达探测单元的具体位置坐标；其中，面阵的排布使得雷达探测单元能在各个方向上“包围住”被探测生命体，各个雷达探测单元的间距设置远大于测距误差；步骤S104：获取每个雷达探测单元的信号；步骤S106：从每个雷达探测单元信号中提取探测到的生命体个数以及相应的距离信息；步骤S108：对所有的雷达探测单元进行数学上的随机组合，并对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合；利用每个雷达组合的位置坐标和距离信息计算出一个可能的目标位置，并给每个位置分配一个可信度指数；然后通过每个位置的可信度指数决定其是否保留；以及步骤S110：对保留的位置进行聚类，依据每个类中元素个数占所有可能位置点的比例分配一个概率，选取概率最高的m个类当作目标体真实位置所在的类，然后对真实位置所在的类的所有位置点进行加权平均，同时得到多生命体的具体位置，实现多目标同时定位。优选地，上述步骤S108包括：子步骤s108a：对所有雷达探测单元进行编号A1，A2，······Ar，对每个雷达单元获取的目标距离对应进行编号Rij，i＝1，2，3，······r，j＝1，2，3，······m；从r个雷达单元中随机选取若干个作为一个组合，选取方式采用数学中的组合方式，不同的组合间允许含有相同的雷达单元；然后选定一个雷达组合，从该组合中每个雷达的距离信息Rij中随机挑选一个，得到该组合所有雷达对同一个目标的距离，其它雷达组合按照同样的方式对距离信息进行配对组合；其中，r表示雷达探测单元总数(r≥4)，m表示单个雷达探测单元识别的生命体个数(m≥2)；子步骤s108b：根据每个雷达组合中所有雷达对同一个目标的距离信息求解代价函数，对该代价函数利用最优化方法寻找最优值，其最优解(x，y，z)为该雷达组合对应的生命体可能存在位置，其最优值的倒数1/f(x，y，z)即为该位置的可信度指数；以及子步骤s108c：设定一个位置可信度的阈值δ，对所有雷达组合得到的生命体可能存在位置根据位置的可信度指数进行阈值判定取舍，当某个位置的可信度指数大于该阈值δ时予以保留，小于该阈值δ则舍弃。优选地，上述从r个雷达单元中随机选取若干个作为一个组合，选取方式采用数学中的组合方式包括：设置r＝5，从中随机取4个雷达探测单元作为一个组合，随机选取的组合数一共有种；且上述对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合包括：分别从4个雷达探测单元的每个雷达探测单元的m个距离信息中随机选一个距离作为该雷达探测单元对某个目标的距离，对于一个雷达组合共有m4种距离信息配对组合。优选地，上述代价函数的表达式如下：其中，(x1，y1，z1)(x2，y2，z2)···(xV，yV，zV)分别表示一个雷达组合中的各个雷达探测单元的位置坐标；V表示一个雷达组合中包含的雷达探测单元个数；R1i，R2j，…RVk分别表示一个雷达组合中的第1个，第2个，…第V个雷达对同一个目标的距离；R1i为雷达组合中第1个雷达的m个距离信息中随机挑选的一个距离信息，i＝1，2，…m；R2j为雷达组合中第2个雷达的m个距离信息中随机挑选的一个距离信息，j＝1，2，…m：RVk为雷达组合中第V个雷达的m个距离信息中随机挑选的一个距离信息，k＝1，2，…m；Sum{·}为求和函数；|·|为绝对值函数。优选地，上述求解代价函数的最优化方法采用差分进化最优化算法，并且采用约束优化算法，以雷达阵列最大的探测区域为约束条件，在寻优过程中，对每一次解都检查其是否满足约束条件，最终找出最优解。优选地，上述可信度的阈值δ量级为103。优选地，上述对保留的位置进行聚类，聚类的方法为：选取位置点之间的距离小于距离阈值δd的若干位置点归为一类，其表达式如下：其中一个位置点为：(xi，yi，zi)，另一个位置点为(xj，yj，zj)。优选地，上述距离阈值δd取值为：δd＝2δ，δ表示雷达单元本身的测距误差。优选地，上述步骤S106包括：子步骤S106a：扣除静态背景，其表达式如下：其中，s(n)为雷达探测数据扣除静态背景后的表达式；s(n)0为雷达探测单元初始探测到的信号数据表达式；n为雷达数据道数，取正整数；M为滑动平均的窗口道数；子步骤S106b：将扣除静态背景后的雷达探测数据排列成块扫描B-SCAN图，对同一采样时刻每个雷达探测单元所有道数据的自相关函数采取傅里叶变换获得功率谱，其计算公式如下：P(ω)＝Fourier(Rxx(n))(2)其中，P(ω)为功率谱的表达式；Rxx(n)为每一采样时刻对应的一个雷达单元所有道数据的自相关函数；Fourier(·)为傅里叶变换函数；以及子步骤S106c：若某一采样时刻雷达探测单元的功率谱的幅值在生命体微动频率范围内大于某一个阈值，则判定为有生命体存在；这样在B-SCAN图的时间窗内可以判断有多少个生命体存在，并计算出每个生命体离雷达探测单元的距离；其中，所述阈值为生命体微动频率平均值的三倍，且所述阈值在0.6Hz以下。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，具有以下有益效果：通过采用雷达探测单元组合的方式把探测面阵中每个雷达探测单元接收到的距离信息进行组合配对，建立目标位置方程组，求解代价函数，其最优值的倒数对应每个位置的可信度指数，使系统根据可信度指数便可判断位置信息是否有效，去除了错误解，然后采用聚类处理的方式，在多个雷达组合中辨别真实目标，去除了虚假解，同时求出多目标的具体位置信息，从而实现多目标同时定位，而不会出现漏检。附图说明图1为根据本专利技术实施例用于生命探测雷达阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，其特征在于，包括：步骤S102：将r个用于生命探测的雷达探测单元排布成一个面阵，其中r≥4，并选定一个位置作为参考点，基于此确定各个雷达探测单元的具体位置坐标；其中，面阵的排布使得雷达探测单元能在各个方向上“包围住”被探测生命体，各个雷达探测单元的间距设置远大于测距误差；步骤S104：获取每个雷达探测单元的信号；步骤S106：从每个雷达探测单元信号中提取探测到的生命体个数以及相应的距离信息；步骤S108：对所有的雷达探测单元进行数学上的随机组合，并对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合；利用每个雷达组合的位置坐标和距离信息计算出一个可能的目标位置，并给每个位置分配一个可信度指数；然后通过每个位置的可信度指数决定其是否保留；以及步骤S110：对保留的位置进行聚类，依据每个类中元素个数占所有可能位置点的比例分配一个概率，选取概率最高的m个类当作目标体真实位置所在的类，然后对真实位置所在的类的所有位置点进行加权平均，同时得到多生命体的具体位置，实现多目标同时定位。

【技术特征摘要】
1.一种用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法，其特征在于，包括：步骤S102：将r个用于生命探测的雷达探测单元排布成一个面阵，其中r≥4，并选定一个位置作为参考点，基于此确定各个雷达探测单元的具体位置坐标；其中，面阵的排布使得雷达探测单元能在各个方向上“包围住”被探测生命体，各个雷达探测单元的间距设置远大于测距误差；步骤S104：获取每个雷达探测单元的信号；步骤S106：从每个雷达探测单元信号中提取探测到的生命体个数以及相应的距离信息；步骤S108：对所有的雷达探测单元进行数学上的随机组合，并对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合；利用每个雷达组合的位置坐标和距离信息计算出一个可能的目标位置，并给每个位置分配一个可信度指数；然后通过每个位置的可信度指数决定其是否保留；以及步骤S110：对保留的位置进行聚类，依据每个类中元素个数占所有可能位置点的比例分配一个概率，选取概率最高的m个类当作目标体真实位置所在的类，然后对真实位置所在的类的所有位置点进行加权平均，同时得到多生命体的具体位置，实现多目标同时定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S108包括：子步骤s108a：对所有雷达探测单元进行编号A1，A2，······Ar，对每个雷达单元获取的目标距离对应进行编号Rij，i＝1，2，3，······r，j＝1，2，3，······m；从r个雷达单元中随机选取若干个作为一个组合，选取方式采用数学中的组合方式，不同的组合间允许含有相同的雷达单元；然后选定一个雷达组合，从该组合中每个雷达的距离信息Rij中随机挑选一个，得到该组合所有雷达对同一个目标的距离，其它雷达组合按照同样的方式对距离信息进行配对组合；其中，r表示雷达探测单元总数(r≥4)，m表示单个雷达探测单元识别的生命体个数(m≥2)；子步骤s108b：根据每个雷达组合中所有雷达对同一个目标的距离信息求解代价函数，对该代价函数利用最优化方法寻找最优值，其最优解(x，y，z)为该雷达组合对应的生命体可能存在位置，其最优值的倒数1/f(x，y，z)即为该位置的可信度指数；以及子步骤s108c：设定一个位置可信度的阈值δ，对所有雷达组合得到的生命体可能存在位置根据位置的可信度指数进行阈值判定取舍，当某个位置的可信度指数大于该阈值δ时予以保留，小于该阈值δ则舍弃。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从r个雷达单元中随机选取若干个作为一个组合，选取方式采用数学中的组合方式包括：设置r＝5，从中随机取4个雷达探测单元作为一个组合，随机选取的组合数一共有种；且所述对每个雷达组合中的距离信息进行配对组合包括：分别从4个雷达探测单元的每个雷达探测单元的m个距离信息中随机选一个距离作为该雷达探测单...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶盛波，张经纬，方广有，刘新，
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