[发明专利]用于超宽带穿墙雷达的运动目标二维检测与跟踪的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带雷达技术领域，尤其涉及一种用于超宽带穿墙雷达的运动目标二维检测与跟踪的方法。

背景技术

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：1)若仅采用一对收发传感器，则可利用其接收的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；2)若传感器阵列沿直线排布(即线阵列传感器)，则能够通过波束合成(Beamforming)对被测区域进行二维成像，进而获得目标的二维平面信息；3)若传感器阵列分布在一个平面上(即面阵列传感器)，则能够通过波束合成对被测区域进行三维成像，进而获得目标的三维空间信息。基于单传感器的穿墙雷达，其可以做到体积小、重量轻、便于携带等特点，但缺点是无法提供任何方位向信息，即无法分辨与雷达径向垂直的方向上不同位置的两个目标。而基于传感器阵列的穿墙雷达则能够通过波束合成对被测区域进行二维、三维成像，获得包含距离向和方位向的目标位置信息甚至目标的轮廓、形状等信息，因而相对单传感器穿墙雷达，基于阵列传感器的穿墙雷达所能够提供的信息更加丰富，使操作人员对被测区域内的目标有更全面的了解和掌握，但这是以牺牲雷达系统的便携性和复杂度作为代价的。目前国内外比较常见的超宽带穿墙雷达一般是基于单传感器或线阵列传感器的穿墙雷达，基于面阵列传感器的穿墙雷达因其传感器阵列通常较大，所需处理的数据量也异常大，因而实现起来有一定难度。

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，进而导致基于阵列传感器的穿墙雷达成像结果出现模糊、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。在二维穿墙探测中，如果在分辨率能达到的前提下，将成像结果中目标位置以坐标点的形式提取出来，进而对不同的目标分别进行准确的定位和跟踪，则可在一定程度上解决上述由成像不稳定带来的问题。同时，在穿墙雷达的三维成像中，如果能够获取目标所在的准确位置，就可以摒弃大部分不相关的空间区域，只对目标所在位置对应的一小块空间区域进行三维成像，从而大大降低穿墙雷达三维成像的计算量，为超宽带穿墙雷达实现三维跟踪成像提供可能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于超宽带穿墙雷达的运动目标二维检测与跟踪的方法。

(二)技术方案

本发明用于超宽带穿墙雷达的运动目标二维检测与跟踪的方法包括：步骤A：对超宽带穿墙雷达线阵列传感器慢时n时刻的回波数据r_m(n)进行预处理操作得到回波数据r′_m(n)，其中，m是收发传感器编号，即m＝1，2，...，M，M为收发传感器总数；步骤B：利用回波数据r′_m(n)进行运动目标二维检测，得到n时刻的运动目标在被测区域的二维平面上产生的点迹p(n)；步骤C：将运动目标在被测区域的二维平面上产生的点迹p(n)与n-1时刻形成的各条稳定航迹ST_k(n-1)以及各条临时航迹TT_l(n-1)进行关联匹配操作，得到n时刻各条ST_k的观测值y_k(n)以及各条TT_l的观测值z_l(n)；其中，k是稳定航迹的编号，k＝1，2，...，l是临时航迹的编号，l＝1，2，...；步骤D：对n-1时刻的稳定航迹ST_k(n-1)和临时航迹TT_l(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ST_k(n)和临时航迹TT_l(n)；以及步骤E：将n时刻的各条稳定航迹ST_k(n)及其对应的观测值y_k(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二维坐标位置的估计值