用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二維檢測與跟蹤的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及超寬帶雷達技術領域，尤其設及一種用于超寬帶穿墻雷達的運動目標 二維檢測與跟蹤的方法。
【背景技術】
[0002] 脈沖式超寬帶穿墻雷達是一種基于超寬帶脈沖技術的短距離移動目標探測雷達， 它通過發(fā)射超寬帶窄脈沖信號，穿透一般的障礙物（如普通建筑物內(nèi)的各類磚墻、鋼筋混 凝±墻等），接收并分析回波信號，實時地為操作人員判斷障礙物后運動目標（人）的存在 并準確地提供目標的位置信息及其運動情況等，W達到對隱藏在障礙物后的運動目標進行 非入侵式探測的目的，提高操作人員偵察與探測、態(tài)勢感知等方面的能力。
[0003] 超寬帶穿墻雷達根據(jù)其所使用的傳感器（收發(fā)天線）不同的排列方式可W具備不 同的探測能力；1)若僅采用一對收發(fā)傳感器，則可利用其接收的A-Scan回波，從中獲取目 標回波對應的時延，進而獲得目標與雷達的徑向距離等一維信息；2)若傳感器陣列沿直線 排布（即線陣列傳感器），則能夠通過波束合成炬eanrforming)對被測區(qū)域進行二維成像， 進而獲得目標的二維平面信息；3)若傳感器陣列分布在一個平面上（即面陣列傳感器），則 能夠通過波束合成對被測區(qū)域進行=維成像，進而獲得目標的=維空間信息?；趩蝹鞲?器的穿墻雷達，其可W做到體積小、重量輕、便于攜帶等特點，但缺點是無法提供任何方位 向信息，即無法分辨與雷達徑向垂直的方向上不同位置的兩個目標。而基于傳感器陣列的 穿墻雷達則能夠通過波束合成對被測區(qū)域進行二維、=維成像，獲得包含距離向和方位向 的目標位置信息甚至目標的輪廓、形狀等信息，因而相對單傳感器穿墻雷達，基于陣列傳感 器的穿墻雷達所能夠提供的信息更加豐富，使操作人員對被測區(qū)域內(nèi)的目標有更全面的了 解和掌握，但該是W犧牲雷達系統(tǒng)的便攜性和復雜度作為代價的。目前國內(nèi)外比較常見的 超寬帶穿墻雷達一般是基于單傳感器或線陣列傳感器的穿墻雷達，基于面陣列傳感器的穿 墻雷達因其傳感器陣列通常較大，所需處理的數(shù)據(jù)量也異常大，因而實現(xiàn)起來有一定難度。
[0004] 在穿墻雷達的實際使用中，往往會受到諸多來自其自身及外界不利因素的影響， 比如雷達系統(tǒng)的隨機熱噪聲，墻體介質(zhì)及其分布的不確定性，探測環(huán)境中的多徑效應等等， 該些不利因素會對雷達回波造成嚴重干擾，進而導致基于陣列傳感器的穿墻雷達成像結(jié)果 出現(xiàn)模糊、不穩(wěn)定的情況，給操作人員分辨目標、確定目標位置都帶來了極大不便。在二維 穿墻探測中，如果在分辨率能達到的前提下，將成像結(jié)果中目標位置W坐標點的形式提取 出來，進而對不同的目標分別進行準確的定位和跟蹤，則可在一定程度上解決上述由成像 不穩(wěn)定帶來的問題。同時，在穿墻雷達的=維成像中，如果能夠獲取目標所在的準確位置， 就可W擬棄大部分不相關的空間區(qū)域，只對目標所在位置對應的一小塊空間區(qū)域進行=維 成像，從而大大降低穿墻雷達=維成像的計算量，為超寬帶穿墻雷達實現(xiàn)=維跟蹤成像提 供可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術問題
[0006] 鑒于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二維檢測 與跟蹤的方法。
[0007] (二）技術方案
[000引本發(fā)明用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二維檢測與跟蹤的方法包括；步驟A ;對 超寬帶穿墻雷達線陣列傳感器慢時n時刻的回波數(shù)據(jù)rm(n)進行預處理操作得到回波數(shù)據(jù) r' m (n)，其中，m是收發(fā)傳感器編號，即m = 1，2，. . .，M，M為收發(fā)傳感器總數(shù)；步驟B ;利用 回波數(shù)據(jù)r' m(n)進行運動目標二維檢測，得到n時刻的運動目標在被測區(qū)域的二維平面 上產(chǎn)生的點跡P(n);步驟C;將運動目標在被測區(qū)域的二維平面上產(chǎn)生的點跡p(n)與n-1 時刻形成的各條穩(wěn)定航跡STk(n-l) W及各條臨時航跡TTi(n-l)進行關聯(lián)匹配操作，得到n 時刻各條STk的觀測值yk(n)化及各條TTi的觀測值zi(n);其中，k是穩(wěn)定航跡的編號，k = 1，2, . . .，1是臨時航跡的編號，1 = 1，2,...；步驟D ;對n-1時刻的穩(wěn)定航跡化(n-1)和 臨時航跡TTi (n-1)進行航跡管理，包括航跡起始、航跡維持和航跡刪除操作，形成n時刻的 穩(wěn)定航跡STk(n)和臨時航跡TTi(n) 及步驟E;將n時刻的各條穩(wěn)定航跡STk(n)及其對 應的觀測值yk(n)輸入交互多模型下的卡爾曼濾波器進行最優(yōu)濾波，獲得n時刻被測區(qū)域 內(nèi)各目標二維坐標位置的估計值又A (灼）。
[0009] ( S )有益效果
[0010] 本發(fā)明利用線陣列傳感器的回波數(shù)據(jù)，通過波束合成對被測區(qū)域進行二維成像， 并利用相對灰度的概念將成像結(jié)果中目標的位置W坐標點的形式提取出來；將圖像檢測器 輸出的點跡與現(xiàn)有航跡進行匹配關聯(lián)；對現(xiàn)有航跡進行管理，包括航跡起始、航跡維持和航 跡刪除等操作；對現(xiàn)有的穩(wěn)定航跡進行基于IMM的KF濾波，獲得被測區(qū)域內(nèi)所有目標二維 運動參數(shù)的最優(yōu)估計值，實現(xiàn)了利用超寬帶穿墻雷達線陣列傳感器的數(shù)據(jù)對障礙物后的運 動目標進行二維檢測和跟蹤的目的。
【附圖說明】
[0011] 圖1所示為本發(fā)明的流程示意圖；
[0012] 圖2所示為基于線陣列傳感器的穿墻雷達某對傳感器所采集到的一組原始實驗 數(shù)據(jù)炬-Scan)的灰度圖，并且每道A-Scan已經(jīng)過幅度歸一化處理；
[0013] 圖3所示為圖2結(jié)果經(jīng)相鄰對消后得到的運動目標回波，并且每道A-Scan已經(jīng)過 幅度歸一化處理；
[0014] 圖4A至圖4F所示為S個不同時刻的運動目標回波經(jīng)過波束合成后的成像結(jié)果與 對應時刻目標真實位置的對照圖；
[0015] 圖5所示為所有慢時時刻的運動目標點跡；
[0016] 圖6所示為傳感器陣列所有類似圖2的原始實驗數(shù)據(jù)經(jīng)本發(fā)明算法最終輸出的兩 條運動目標軌跡。
【具體實施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術領域中普通技術人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等 于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應的值。實施例中提到的 方向用語，例如"上V嚇"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[001引本發(fā)明的目的是提出一種利用超寬帶穿墻雷達線陣列傳感器的數(shù)據(jù)對障礙物后 的運動目標進行實時、準確的二維檢測和跟蹤的方法。
[0019] 在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二 維檢測與跟蹤的方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二維檢測 與跟蹤的方法的流程圖。如圖1所示，本實施例用于超寬帶穿墻雷達的運動目標二維檢測 與跟蹤的方法包括：
[0020] 步驟A ;超寬帶穿墻雷達二維數(shù)據(jù)預處理，即對超寬帶穿墻雷達線陣列傳感器慢 時n時刻的回波數(shù)據(jù)r。(n) (m是收發(fā)傳感器編號，即m = 1，2，. . .，M，M為收發(fā)傳感器總數(shù)） 進行預處理操作得到回波數(shù)據(jù)r' m(n);
[0021] 其中，預處理操作因不同的雷達系統(tǒng)而異，一般包括累積平均、帶通濾波、抖動去