[发明专利]基于扩展贝塞尔模型的多普勒穿墙雷达定位方法

说明书

本发明公开了一种基于扩展贝塞尔模型的霍夫变换的多普勒穿墙雷达定位方法，属于目标跟踪技术领域，基于扩展贝塞尔模型的霍夫变换频率估计算法，用于提取接收回波中感兴趣的目标分量并对其瞬时频率特征值进行估计，通过引入参数，构造扩展贝塞尔曲线，进而通过动态调整参数，当信号能量能最大程度的集中时确定的值，此时拟合结果最近似于目标瞬时频率曲线时，完成对目标瞬时频率的估计，相比于不加入参数时精度得到提高，具有创新性；定位跟踪算法，用于根据瞬时频率对目标进行实时估测位置信息，合成目标运动轨迹，实现对目标的跟踪。

技术领域

本发明属于目标跟踪技术领域，具体涉及基于扩展贝塞尔模型的多普勒穿墙雷达定位方法。

背景技术

近年来，利用多普雷穿墙雷达对人类目标进行跟踪被视为一种强有力的工具，在军事和民用领域具有广泛的应用背景。研究成果表明，为了经济有效的对目标进行定位，准确估计目标的瞬时频率(Instantaneous Frequencies，IFs)具有重要作用，为了实现这一目标，目前最常用的方式是采用时频分析技术，通过提取时频平面上的最大值作为目标时频轨迹。

然而，时频分析方法具有几个主要缺点：第一、由于穿墙雷达应用的特殊性，大部分观测者往往希望能够实时获取目标的探测信息，因为对信号处理过程中的时窗长度具有严苛的限制，导致对目标瞬时频率估计的低分辨率和低精度缺陷；第二、当不同目标的瞬时频率太过接近以至于不能被时频算法准确识别时，该算法对目标瞬时频率的估计精度将发生明显下降，这种现象也称之为“频率模糊”效应；第三、时频分析方法容易受到噪声干扰。在低信噪比条件下，强噪声干扰信号很容易被错误识别为虚假目标，不仅降低了瞬时频率的估计精度，还会影响检测结果的可靠性和鲁棒性；此外，该雷达定位算法的计算复杂度也是影响实时目标跟踪的重要因素。

专利CN 109541579A公开了一种基于贝塞尔模型的霍夫变换的多普勒穿墙雷达定位方法，基于贝塞尔模型的霍夫变换频率估计算法，完成对解调后回波信号的分量分离与瞬时频率的估计；根据定位跟踪算法以及目标瞬时频率，实时估测目标位置信息；合成目标运动轨迹，实现对目标的跟踪。该雷达定位方法存在的问题是当单段贝塞尔曲线的控制点确定时，该方法中的拟合曲线的次数与形状也就唯一确定，无法在根据雷达接收到的回波信号做出调整，对目标瞬时频率的估计也无法进一步提高精度，影响目标定位的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于扩展贝塞尔模型的霍夫变换的多普勒穿墙雷达定位方法。

本发明提供一种基于扩展贝塞尔模型的霍夫变换的多普勒穿墙雷达定位方法，包括以下步骤：

S1.基于贝塞尔模型的霍夫变换频率估计算法，完成对解调后回波信号的分量分离与瞬时频率的估计，选定单段贝塞尔曲线的控制顶点；

S2.引入参数，将单段贝塞尔曲线表示成已经选定的控制顶点和含参数的调配函数的线性组合，构造扩展贝塞尔模型，通过动态调整参数，完成对解调后回波信号的分量分离与瞬时频率的估计，并进一步提高瞬时频率的估计精度。

S3.根据定位跟踪算法以及目标瞬时频率，实时估测目标位置信息；

S4.合成目标运动轨迹，实现对目标的跟踪。

步骤S1中，所述基于扩展贝塞尔模型的霍夫变换频率估计算法，具体包括：

S101.贝塞尔模型的端点确定：根据短时傅里叶变换，对发射机接收回波调解后的信号进行时频分析，提取主要像素作为目标瞬时频率曲线，截取频率模糊区域，并取此区域中曲线的端点作为贝塞尔模型的端点；

S102.贝塞尔模型的控制顶点确定：基于贝塞尔模型对霍夫变换频率进行拟合，根据霍夫变换的原理，确定最近似于目标瞬时频率曲线的贝塞尔模型，选定贝塞尔模型的控制顶点，完成对目标瞬时频率的估计。

进一步，步骤S101中，所述发射机接收回波调解后的信号表示为：