[发明专利]一种针对单建筑墙角的隐蔽目标定位方法

摘要

本发明公开了一种基于超宽带多径利用雷达的单建筑墙角隐蔽目标定位方法，主要解决在城市环境中非直视目标的定位问题。本发明利用电磁波的多径衍射特性进行拐角后隐蔽目标定位，首先采用动目标显示技术进行背景对消，抑制强劲的背景杂波，并利用中值滤波算法对对消后的回波信号进行平滑去噪处理，然后利用单元平均恒虚警检测从回波中提取出直接衍射路径和侧墙反射路径所对应的峰值，根据这两条路径的几何关系并结合已知雷达位置、建筑布局信息计算出目标位置，最后引入α‑β滤波方法提高运动目标的定位精度。本发明的有优点是，实现过程简单，目标位置获取的整个过程计算量小，并且具有较高的目标定位精度。本发明可以应用于城市巷战、反恐维稳、灾害救援等领域。

主权项

1.一种针对单建筑墙角的隐蔽目标定位方法，包括以下步骤：步骤1：单建筑墙角多径探测环境参数设置；首先存在一个矩形建筑A，其中建筑两面相互垂直的墙Wall‑1和Wall‑2组成的墙角位置记为O(x_O,y_O)；单发单收雷达被放置在墙wall‑2一侧，记为R(x_R,y_R)，保证雷达天线的波束中心所在直线过墙角O；目标位于墙Wall‑1一侧，记为G(x_G,y_G)，目标G位于雷达天线R的非直视区域；电磁波经过墙角O的衍射后到达目标，并在目标表面发生散射后垂直打到墙Wall‑1的反射点记为Q(x_Q,y_Q)；雷达探测目标的两条路径记为直接衍射路径Path‑I，侧墙反射路径Path‑II，具体地，Path‑I表示雷达天线发射的电磁波信号经过墙角O衍射到达目标的往返传播路径R→O→G→O→R，Path‑II表示雷达天线发射的电磁波信号经过墙角O衍射到达目标，并在目标表面发生反射传播到墙Wall‑1，在墙表面Q点再次发生反射传回目标的往返传播路径R→O→G→Q→G→O→R；步骤2：回波信号预处理；2.1、将接收到的n个周期的回波信号y(t,n)进行MTI处理；该步骤采用两脉冲对消技术，获得目标回波信号y_mti(t,n)，两脉冲对消器结构为：y_mti(t,n)＝y(t,n)‑y(t,n‑1)   (1)2.2、步骤2.1得到目标回波信号存在较多毛刺，为了提高峰值检测的准确度，利用中值滤波算法对每个周期快时间维的回波信号进行平滑去噪；对于长度为I＝2L+1的滤波窗口，其中L为正整数，设在第i时刻输入信号序列在窗口内的样点为{y_mti(i‑L),...,y_mti(i),...,y_mti(i+L)}，则中值滤波表示为：y_med(i)＝med{y_mti(i‑L),...,y_mti(i),...,y_mti(i+L)}   (2)其中，这里med{·}表示窗口内所有的数按从小到大的秩序排列后，取其中值的运算；步骤3：目标位置获取；3.1、步骤2得到的预处理后的回波信号包含了Path‑I和Path‑II两条传播路径的回波成分，利用CA_CFAR检测并计算得到Path‑I和Path‑II两条传播路径所对应的长度值分别为l_path‑I、l_path‑II；CA_CFAR检测自适应门限可表示为：其中，N为参考单位个数，y_i为第i个参考单元，P_FA为虚警概率；3.2、由电磁波的传播特性可知，回波信号中路径Path‑I和Path‑II峰值之间的距离即为目标G到Wall‑1直线距离d，于是通过步骤3.1得到两条传播长度l_path‑I、l_path‑II可得：3.3、由于雷达位置、建筑墙角位置已知，则雷达天线R到墙角位置O的距离l_RO可计算为：3.4、对得到的d和l_RO，根据几何关系，目标位置可计算为：x_G＝x_O‑d   (6)3.5、由于噪声干扰、计算误差，步骤3.4会存在偏离实际目标位置的定位点，即虚假目标，由于本发明考虑的是非直视目标定位，即直接剔除掉在直视范围内和建筑A位置处的虚假目标定位点；3.6、对于非直视区域的虚假目标，利用α‑β滤波算法进行位置矫正，从而提高目标定位精度；α‑β滤波算法由以下方程组成：其中表示航迹在第n帧的状态估计值，则表示航迹由第n帧估计在第n+1帧的状态值，F(n)为状态转移矩阵；状态更新方程为：其中新息方程为：其中H(n+1)表示观测矩阵，Z(n+1)表示第n+1帧由步骤3.4更新后的目标位置，同时增益K(n+1)表示第n+1帧的增益值：本发明采用的α‑β滤波器的参数为：其中，n为已经获得目标位置的周期数。