一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统，该方法包括：基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱；基于归一化后的距离速度谱，若判断获知监控区域中存在目标物体，获取目标物体的最终运动轨迹；根据天线对应的初始相位，获取目标物体对应的波达角；根据天线对应的初始相位，获取目标物体对应的波达角，并基于最终运动轨迹、目标物体的速度和波达角，对目标物体进行跟踪。本发明专利技术实施例基于毫米波雷达所获取的数据来对多个目标物体进行高精度追踪，利用毫米波波长短、分辨率高的优点，通过粒子滤波器进行数据的融合，并对多目标逐个进行追踪，从而实现长距离情况下多目标的高精度追踪系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统
本专利技术涉及目标跟踪
，尤其涉及一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统。
技术介绍
近年来，无线定位以及追踪技术在智能家居、虚拟现实以及安防监控等领域有着越来越广泛的应用。过去十年中，基于RFID、声音信号、Wi-Fi信号以及毫米波信号的众多无线追踪技术发展了起来。其中，基于RFID和声音信号的主动追踪技术大多需要目标携带特定的设备，比如RFID标签、扬声器，这限制了它们在工业中的广泛应用。最近，被动式的追踪技术，即不需要追踪目标携带特定硬件设备的追踪技术，正在逐渐兴起。随着无线Wi-Fi设备的大规模部署和应用，基于Wi-Fi的追踪技术受到了大家的关注。最近的工作主要使用商用的Wi-Fi设备，通过无线信号的信道状态信息(CSI)，从中提取出信号波达角(AoA)、飞行时间(ToF)以及多普勒频偏(DFS)等特征，来计算目标的位置。由于这类技术仅使用商用设备就可实现，并且不需要待测目标携带特定设备，所以在日常生活中应用较为广泛。但是由于商用Wi-Fi设备提供的带宽以及天线数量非常有限，上述追踪工作通常只能达到分米级别的精度，并且追踪的目标数量也受到限制，大多数情况下只能追踪单个物体。近段时间以来，毫米波技术逐渐受到大家的重视。由于毫米波设备提供的高带宽以及波长为毫米粒度的无线信号，毫米波设备能够实现厘米甚至毫米精度的定位追踪。但是，现有的基于毫米波设备的被动定位技术，其工作范围通常只有几米远，无法实现更长距离的目标追踪。目前一些工业上的应用，比如行车控制系统、机械臂系统以及传送带装置需要在十几米的较长范围内实现厘米级别的追踪精度，而已有的工作很难达到上述的要求。长距离的追踪相比于短距离而言，有着以下的挑战：(1)在远距离的情况下，周围环境的复杂度大大增加。在距离较近时，待测目标的反射占据主要地位，周围环境的干扰较小；而距离增大时，待测目标的反射减弱，周围环境的干扰增大，比如环境中静态物体的反射以及目标的二次反射，这些都会使得追踪精度下降；(2)在工作范围增大时，可能有多个待测目标同时出现在监测区域中，它们对信号的反射相互叠加，使得多目标的定位与追踪更加困难。所以，目前需要一个能够在较长距离下，克服上述困难，实现厘米精度的多目标追踪方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统，用以解决现有技术中无法在长距离情况下实现多目标跟踪的缺陷，实现长距离情况下多目标的高精度追踪系统。本专利技术实施例提供一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法，包括：基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱，距离速度谱表示监控区域中距离和速度的关系；基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹；根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角；根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角，并基于所述最终运动轨迹、所述目标物体的速度和所述波达角，对所述目标物体进行跟踪。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹，具体包括：根据归一化后的距离速度谱，判断所述监控区域中是否存在目标物体；若判断获知所述监控区域中存在目标物体，检测出所述监控区域中的所有目标物体；对于当前目标物体，基于所述距离速度谱，通过预设粒子滤波算法对所述当前目标物体进行跟踪，获取所述当前目标物体的运动轨迹，将下一个目标物体重新作为所述当前目标物体，消除所述当前目标物体在所述距离速度谱中的影响，并将消除影响后的距离速度谱重新作为所述距离速度谱，重复执行该步骤，直到所述当前目标物体为最后一个目标物体；将所述目标物体的运动轨迹作为所述最终运动轨迹。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述预设粒子滤波算法为：在所述目标物体进行开始运动之后进行粒子初始化。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述将所述目标物体的运动轨迹作为所述最终运动轨迹，之前还包括：对于任意两条运动轨迹，如果一条运动轨迹的结束时间与另一条运动轨迹的开始时间在预设时间误差之内，且一条运动轨迹的终末位置与另一条运动轨迹的起始位置在预设距离误差之内，则将所述任意两条运动轨迹合并为一条运动轨迹，获取所述目标物体对应的优化后的运动轨迹；将所述目标物体优化后的运动轨迹重新作为所述最终运动轨迹。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述将所述目标物体优化后的运动轨迹重新作为所述最终运动轨迹，之前还包括：获取所述目标物体对应的所有优化后的运动轨迹；将所有优化后的运动轨迹进行平均计算，作为所述目标物体对应的最终运动轨迹。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱，具体包括：对于所述毫米波雷达的天线，获取所述天线按照预设时间间隔向所述监控区域发射的线性调频信号；对所述线性调频信号进行两次傅里叶变换，获取所述距离速度谱，所述距离速度谱表示距离和速度的关系；对所述距离速度谱进行归一化处理，得到归一化后的距离速度谱。根据本专利技术一个实施例的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，所述根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角，具体包括：对所述天线接收到的原始信号进行两次FFT变换后，并基于所述目标物体的距离对应的频谱分量，获取所述天线对应的初始相位。本专利技术实施例还提供一种基于毫米波设备的多目标跟踪系统，包括：距离速度谱模块，用于基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱，距离速度谱表示监控区域中距离和速度的关系；运动轨迹计算模块，用于基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹；波达角计算模块，用于根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角；跟踪模块，用于根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角，并基于所述最终运动轨迹、所述目标物体的速度和所述波达角，对所述目标物体进行跟踪。本专利技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于毫米波设备的多目标跟踪方法的步骤。本专利技术实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于毫米波设备的多目标跟踪方法的步骤。本专利技术实施例提供的一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法及系统，基于毫米波雷达所获取的数据来对多个目标物体进行高精度追踪，以近段时间兴起的毫米波设备为基础，利用毫米波波长短、分辨率高的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法，其特征在于，包括：/n基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱，距离速度谱表示监控区域中距离和速度的关系；/n基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹；/n根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角；/n根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角，并基于所述最终运动轨迹、所述目标物体的速度和所述波达角，对所述目标物体进行跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波设备的多目标跟踪方法，其特征在于，包括：
基于毫米波雷达的天线对应的线性调频信号，获取归一化后的距离速度谱，距离速度谱表示监控区域中距离和速度的关系；
基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹；
根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角；
根据所述天线对应的初始相位，获取所述目标物体对应的波达角，并基于所述最终运动轨迹、所述目标物体的速度和所述波达角，对所述目标物体进行跟踪。


2.根据权利要求1所述的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，其特征在于，所述基于归一化后的距离速度谱，若判断获知所述监控区域中存在目标物体，获取所述目标物体的最终运动轨迹，具体包括：
根据归一化后的距离速度谱，判断所述监控区域中是否存在目标物体；
若判断获知所述监控区域中存在目标物体，检测出所述监控区域中的所有目标物体；
对于当前目标物体，基于所述距离速度谱，通过预设粒子滤波算法对所述当前目标物体进行跟踪，获取所述当前目标物体的运动轨迹，将下一个目标物体重新作为所述当前目标物体，消除所述当前目标物体在所述距离速度谱中的影响，并将消除影响后的距离速度谱重新作为所述距离速度谱，重复执行该步骤，直到所述当前目标物体为最后一个目标物体；
将所述目标物体的运动轨迹作为所述最终运动轨迹。


3.根据权利要求2所述的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，其特征在于，所述预设粒子滤波算法为：
在所述目标物体进行开始运动之后进行粒子初始化。


4.根据权利要求2所述的基于毫米波设备的多目标跟踪方法，其特征在于，所述将所述目标物体的运动轨迹作为所述最终运动轨迹，之前还包括：
对于任意两条运动轨迹，如果一条运动轨迹的结束时间与另一条运动轨迹的开始时间在预设时间误差之内，且一条运动轨迹的终末位置与另一条运动轨迹的起始位置在预设距离误差之内，则将所述任意两条运动轨迹合并为一条运动轨迹，获取所述目标物体对应的优化后的运动轨迹；
将所述目标物体优化后的运动轨迹重新作为所述最终运动轨迹。


5.根据权利要求1至4任一所述的基于毫米波设备的多目标跟踪方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铮，张桂栋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11