[发明专利]一种基于射频单频连续波的运动物体定位跟踪方法有效

专利信息
申请号: 201810360081.4 申请日: 2018-04-20
公开(公告)号: CN108896984B 公开(公告)日: 2020-11-24
发明(设计)人: 张翼;冉立新 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: G01S13/66 分类号: G01S13/66;G01S7/41;G01S5/02
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 林超
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 射频 连续 运动 物体 定位 跟踪 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于射频单频连续波的运动物体定位跟踪方法。在三维/二维运动物体所在的运动目标空间内放置发射机和多个接收机,由任三个/两个接收机组成一组接收机组而组建两组接收机组,发射机向运动目标空间发射电磁波,由两组接收机组接收获得反射回波信号,两组接收机组中的各个接收机开机时天线设置随机初始相位;两组接收机组以间隔采样方式根据在各个同一时刻接收的回波信号求解获得各自的初步空间坐标;计算获得各个接收机天线的跟踪相位,将跟踪相位施加到任一组接收机组,重新检测获得空间坐标定位位置。本发明能够探测到位于传感器前端附近的目标物体运动位置信息,并能够对目标进行跟踪;可以应用在模拟鼠标,手势操控等方面。

技术领域

本发明涉及了运动跟踪算法,涉及了一种基于射频单频连续波的运动物体定位跟踪方法,以射频连续波为媒介,涉及解析几何、信号处理和数值优化算法。

背景技术

雷达跟踪是雷达最主要的功能之一,在军用雷达设备中广泛应用。随着雷达设备小型化以及雷达技术民用化,雷达传感器应运而生。而电磁波的多普勒效应是传感器感知的重要依据和手段。

传统的运动物体位置跟踪装置,硬件上采用传感器阵列,或者采用基于摄像头的计算机视觉处理。前者如果使用容性传感阵列,需要部署大量的传感器节点来覆盖一个平面的感知,并且感知距离有限,且网络结构复杂。后者能够通过摄像头获取大量连续的信息,但是实时处理需要大量的硬件资源,且受摄像头的距离,角度,环境光线等外界条件影响较大。

传统雷达的定位技术主要应用:脉冲波雷达通过测量脉冲回波时间判决目标所在绝对位置。调频连续波雷达(FMCW)发射频率时变的连续波,通过比较回波的频率(差拍频率)判决目标与天线的距离。传统的单频连续波雷达较难用于目标绝对位置的探测,但单频连续波雷达硬件架构和算法简单,对于近距离目标,脉冲雷达的回波时间误差较大,而多普勒效应则十分容易测得。

对于一般的电路设计,天线的位置在遵循电路设计原则下,如果能够放置在任意位置,将给与电路布局更多的自由度。

发明内容

为了解决背景中提出的问题,本发明提出了一种基于射频单频连续波的运动物体定位跟踪方法,包括了一种三维运动目标的跟踪算法和一种二维运动目标的跟踪算法,基于单频连续波雷达传感器的SIMO系统,本发明系统能够在天线位置任意的情况下计算出目标物体的绝对位置。

本发明所采用的技术方案是:

一、一种基于射频单频连续波的三维运动物体定位跟踪方法:

1)在三维运动物体所在的运动目标空间内放置一个发射机和四个接收机,由任三个接收机组成一组接收机组而组建两组接收机组,两组接收机组中至少一个接收机不同,每个接收机开机时天线设置有初始相位;

2)在三维运动物体的运动过程中,发射机通过天线向三维运动物体所在的运动目标空间发射电磁波,由两组接收机组分别接收获得经三维运动物体反射的回波信号,两组接收机组中的各个接收机开机时天线设置随机初始相位;

3)两组接收机组以间隔采样方式根据在各个同一时刻接收的回波信号求解获得各自检测的三维运动物体的初步空间坐标;

4)根据步骤3)获得三维运动物体的初步空间坐标计算获得各个接收机天线的跟踪相位,然后将跟踪相位施加到任一组接收机组,重新检测获得三维运动物体的空间坐标作为定位位置。

所述步骤3)具体为:

针对第一组接收机组,采用以下公式求解获得三维运动物体在第k个时刻的初步空间坐标O′:

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