基于超宽带脉冲雷达的室内多人无设备定位系统的设计与实现

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随着社会活动的需要和技术的发展,室内定位服务已经渗透到现代生活的各个方面。按照被定位目标是否携带设备,室内定位技术可以分为,基于设备的定位技术(Device-based)和无设备定位技术(Device-free)。在室内的很多应用场景中,无设备定位技术要比基于设备的定位技术更有优势。基于超宽带脉冲雷达技术的室内无设备定位技术凭借其对大部分物体(除了人体和金属)的穿透性,可以在室内复杂环境中感知到人体存在,成为室内无设备定位技术研究领域的重要分支。以往的基于超宽带脉冲雷达的室内无设备定位系统检测目标,主要通过测量目标呼吸频率或者测量目标呼吸信号能量的强弱。当多目标场景中,目标间存在相互影响时(即目标距离较远或者目标被其他目标遮挡时),雷达接收到的从目标反射的回波能量比较微弱,容易出现漏警的情况,从而导致系统的准确度和可靠性降低。为了提升超宽带脉冲雷达室内无设备定位系统的性能,本文做了以下工作:(1)本文提出了一种基于超宽带脉冲雷达的多目标检测算法,克服了目标被遮挡或者距离较远容易被忽略的问题,提高了检测算法的性能,提升了系统的可靠性。针对目标被遮挡或者能量微弱的场景,本文利用超宽带脉冲雷达设计了一个室内多目标无设备定位系统,利用人体呼吸时各部位回波具有相关性的原理来实现目标检测。人体呼吸状态下各部位回波信号的相关性与信号能量的强弱无关,这一点可以有效解决目标被遮挡或者目标距离较远的问题,降低漏警的可能性。但多径效应产生的微弱的回波也具有很高的自相关性,为了解决这个问题,本文利用不同人体之间的相关性较低,人体与其多径效应的虚假目标相关性较高这个特性,使用匹配消除的方法,去除多径效应带来的虚假点的影响。(2)本文提出了一种多目标无设备匹配定位算法。克服了目标外形对距离数据匹配准确性和定位精度的影响,提升了系统的准确度。考虑到人体在高精度雷达探测中不是点目标,而是扩展目标,人体在多个雷达感知系统中存在于一个范围区域。采用三边定位法或者传统的基于距离匹配的目标定位方法实现人体定位,可能会出现距离错误匹配的情况,而导致定位误差的增大,但多雷达探测的目标范围的重叠区域只有一个。利用这个原理,本文将目标距离匹配问题转化为了多雷达成像系统中的区域搜索问题。采用了粒子群算法和单纯形法两种优化算法寻找目标存在的区域和目标的某一高相关性部位。然后通过实验证明了算法的有效性和系统的定位精度。
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