一種穿墻雷達運動人體定位誤差矯正方法
【專利摘要】本發明提供一種穿墻雷達運動人體定位誤差矯正方法利用兩接收通道下的目標距離和，通過直接橢圓交叉定位得到目標虛擬位置，然后基于已知的墻體參數求得該虛擬目標的虛擬距離和，再將虛擬距離和與目標距離和做差得到距離和矯正量，最后從真實目標的距離和中減去該矯正量再進行橢圓交叉定位處理，完成目標定位及誤差矯正。本發明校正了墻體電磁穿透對目標定位造成的位置偏差，提高了穿墻雷達運動目標定位精度，保證了后續跟蹤處理的穩健性。與現有的方法相比，計算簡便，實時性強，實用性高。
【專利說明】-種穿墻雷達運動人體定位誤差矯正方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于穿墻雷達技術，特別涉及穿墻雷達運動目標定位誤差矯正技術。

【背景技術】
[0002] 運動人體定位是穿墻雷達的一項基本功能。對于便攜式的小孔徑穿墻雷達來說， 通常采用基于電磁波到達時間估計（即電磁波從發射天線到目標，再從目標到接收天線的 傳播延遲）的方法來確定運動人體位置坐標。但由于電磁波在穿透墻體過程中減慢了傳播 速度并發生折射，使得電磁波的到達時間估計值略大于沒有墻體遮擋情況下、天線與目標 間直線距離的傳播延時，最終導致目標定位位置向外偏離其實際位置，造成定位誤差。更糟 糕的是，該誤差將隨著墻體電磁參數（厚度、相對介電常數）、目標所在方位角度的增加而 迅速增大。因此在穿墻雷達運動人體定位中，需要研究其定位誤差的矯正方法。
[0003] 目前，穿墻雷達定位誤差矯正主要有W下幾種方法。（1)法國的羅謝爾大學 基于折射定律利用非相干方法對人體目標進行定位，但是該方法計算量較大（詳見 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提出了多視角聯合楠圓交叉定位法，利用兩部一發兩收的穿墻 雷達系統在不同的視角對目標進行探測，對多個楠圓交叉點求解算數平均得到目標位置， 但是實際探測環境通常不具備多視角探測的條件（詳見SVecoviM.，and D. Kocur. "Target localization by the method od joining intersections of the ellipses. "Radar Symposium(IRS),201011th International. IE邸，2010) ;(3)中國電波傳播研究所提出查 表法，離線計算出時延與目標位置的對應關系，通過查表的方式對目標進行定位，但是當墻 體參數發生變化時，查找表也要重新計算（詳見王君超等."穿墻偵察雷達人體目標的定位 與跟蹤."現代雷達33. 11 (2012) :10-13)。綜上所述，現有便攜式穿墻雷達運動人體定位誤 差矯正方法具有一定的局限性。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種簡單、有效的便攜式穿墻雷達運動人體 定位誤差矯正的方法。
[0005] 本發明為解決上述技術問題所才用的技術方案是，一種穿墻雷達運動人體定位誤 差矯正方法，包括W下步驟：
[0006] 1)利用一發兩收的穿墻雷達進行探測，獲得兩個接收通道的回波距離像平面；
[0007] 2)對兩個接收通道的距離像平面進行脈沖對消后，提取兩個接收通道的距離像上 運動目標的距離和ri，k、r2，k;
[0008] 3)利用運動目標的距離和ri,k、r2,k通過楠圓交叉定位獲得矯正前的目標位置；
[0009] 4)將矯正前的目標位置作為一個虛擬目標位置，已知墻體厚度、相對介電常數，利 用電磁波折射定律計算該虛擬目標的回波距離和ri/ k、r2' ,k;
[0010] 5)將虛擬目標的回波距離和減去運動目標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)將運動目標的距離和減去矯正量得到真實目標矯正后的距離和Ai-;
[0012] 7)利用真實目標的距離和、A/r通過楠圓交叉定位獲得矯正后的目標位置。
[0013] 本發明利用兩接收通道下的目標距離和，通過直接楠圓交叉定位得到目標虛擬位 置，然后基于已知的墻體參數求得該虛擬目標的虛擬距離和，再將虛擬距離和與目標距離 和做差得到距離和矯正量，最后從真實目標的距離和中減去該矯正量再進行楠圓交叉定位 處理，完成目標定位及誤差矯正。
[0014] 本發明的有益效果是，校正了墻體電磁穿透對目標定位造成的位置偏差，提高了 穿墻雷達運動目標定位精度，保證了后續跟蹤處理的穩健性。與現有的方法相比，計算簡 便，實時性強，實用性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為定位誤差示意圖。
[0016] 圖2為算法流程圖。
[0017] 圖3虛擬目標距離和求解示意圖。
[001引 圖4實驗場景圖。
[0019] 圖5預處理后的兩通道距離和。
[0020] 圖6補償前利用楠圓交叉定位后的結果。
[0021] 圖7定位誤差補償后的人體位置估計值分布。

【具體實施方式】
[0022] 為了方便描述本發明的內容，作W下術語定義：
[0023] 距離和：自由空間中，電磁波在由發射天線發出并經物體反射后由接收天線接收 的過程中的傳播距離。當傳輸介質不可W看做自由空間時，距離和為實際傳播延時與真空 中光速的乘積。
[0024] 本發明基于一發兩收天線配置的便攜式穿墻雷達，如圖1所示。雷達包括一個發 射天線和兩個接收天線，H個天線呈均勻線陣放置，間距為D，發射天線位于中間。墻體厚 度d和相對介電常數e均已知。W發射天線前端作為坐標原點建立笛卡爾坐標系。假設 ri,k、r2,k為第k次探測時分別從兩個接收通道提取出來的運動人體目標的距離和（此時目 標位于PkUk, yk))，根據圖1所示，矯正后的兩個通道的距離和和吃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為電磁波在墻體內傳播相對于在自由空間傳播時的傳播距離 增量（也稱作矯正量），兩個通道略有不同，其值均大于零。因此，實現運動人體目標定位誤 差矯正的關鍵是求解兩個矯正量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 ;預處理
[0029] 根據所使用的信號進行相應的預處理操作，獲得兩個接收通道的回波距離像平 面。距離像平面的行標為距離和，列標為信號發射周期序號，其每一行為一次完整探測。對 于線性調頻信號，預處理為匹配濾波；對于步進頻信號，預處理為快速傅里葉變換；對于超 窄脈沖信號，不需要特殊的預處理操作。
[0030] 步驟2 ;兩脈沖對消
[0031] 兩脈沖對消的目的是抑制靜止雜波、凸顯運動目標。基本假設為，探測中雷達位置 不動，則場景中的靜止目標，例如墻壁、家具等，對相鄰周期的探測信號而言其回波基本相 同，則通過相鄰周期回波相減可W大幅抑制；而運動人體回波是時變的，相鄰周期回波相減 對它的削弱不明顯，從而凸顯了出來。
[0032] 步驟3 ;距離和提取及目標位置估計
[0033] 利用固定口限檢測、恒虛警檢測等方法從兩個通道的距離像上分別提取運動目 標的距離和。假設當前周期兩個通道提取出來的距離和分別為ri,k和r2,k，真實目標位于 Pk(Xk，yk)，如圖l所示。由rl,k和r2,k，通過楠圓交叉定位原理（求解得出如下方程）獲得 目標虛擬位置Pk' (?'，yk')，如圖3所示。

【權利要求】
1. 一種穿墻雷達運動人體定位誤差矯正方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 利用一發兩收的穿墻雷達進行探測，獲得兩個接收通道的回波距離像平面； 2) 對兩個接收通道的距離像平面進行脈沖對消后，提取兩個接收通道的距離像上運動 目標的距離和; 3) 利用運動目標的距離和ru、r2，k通過橢圓交叉定位獲得矯正前的目標位置； 4) 將矯正前的目標位置作為一個虛擬目標位置，已知墻體厚度、相對介電常數，利用電 磁波折射定律計算該虛擬目標的回波距離和巧/k、r2'，k; 5) 將虛擬目標的回波距離和減去運動目標的距離和得到矯正量Λ/ ,k、A' 2，k， Δ/ ,It =T1/ ,TljkjAi；k-r2；k； 6) 將運動目標的距離和減去矯正量得到真實目標矯正后的距離和L 7) 利用真實目標的距離和L通過橢圓交叉定位獲得矯正后的目標位置。
【文檔編號】G01S13/06GK104237875SQ201410475280
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】崔國龍, 張鵬, 易川, 王世明, 劉劍剛, 孔令講, 楊曉波, 楊建宇 申請人:電子科技大學