一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法技术

本发明专利技术涉及雷达天线领域，具体为一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，本发明专利技术提出了一种收发天线稀疏布阵的方案，并给出了相应的角度估计方法，即针对最大发射/接收通道数均为4的MIMO毫米波雷达，本发明专利技术给出了3发4收和4发4收情况下，具有无空洞的最大自由度稀疏线阵布设方案及相应的角度估计算法，相比现有技术，本发明专利技术通过发射天线和接收天线稀疏布阵，用较少阵元实现了更大的等效天线孔径，有效改善了角度分辨性能，并能降低系统的存储压力和节约计算资源；本发明专利技术应用于室内监测场合时，能够减少天线互耦效应，实现对多人的同时精确定位。定位。定位。

【技术实现步骤摘要】
一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法


[0001]本专利技术涉及雷达天线领域，具体为一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法。

技术介绍

[0002]统计表明，城市居民在室内的时间占全天时间的70
‑
90％左右。当前室内数字化智能化基础设施建设薄弱的现状，已经无法满足人们追求更舒适、更健康的室内生活的美好愿望。因此亟待发展新技术提升室内数字化智能化的建设水平。如何围绕人的工作生活需求，去构建智慧家庭与智慧建筑，离不开对人的活动状况进行监测。由于人员在室内活动位置多变，室内各种设备设施众多，且人的天性就喜欢无拘无束，尤其是在居家场合，人们更希望在构建智慧家居时，不会扰乱原有生活习惯，所以在室内对人的活动情况进行监测，通常需要泛在感知，无感监测。
[0003]室内场合，特别是居家场所是一个隐私关切的场合，且由于蚊帐、被褥等遮挡物的存在，以及光照条件的限制，传统的可见光摄像头已经无法胜任室内监测的需求。尽管红外传感器能够满足室内隐私关切、全天时工作等需求，已经在智能灯具等中获得了应用。但受感应机理的约束，红外传感器对工作环境要求高，也不能穿透大部分室内遮挡物，且对安装位置有着特殊的要求等，因此市场强烈需要升级换代产品。毫米波雷达能够获取室内人员的距离、速度、角度、微多普勒等多维度的信息，且具有全天时、保护隐私等优势，因此已经备受关注。
[0004]在室内对人员活动情况进行监测，通常需要获取房间内人员数量及其位置等信息。为了满足该需求，通常需要使用多发多收雷达技术，以便于借助其良好的角度分辨能力，提升对人员位置估计的精度。MIMO雷达的角度分辨能力与发射天线阵元、接收天线阵元的布设位置有关。为了使用快速傅里叶变换或数字波束形成技术完成角度估计，传统上常按照半波长等间距方式布设天线阵元。对角度估计而言，其分辨性能受制于瑞利限，即
[0005]δ
θ
≈0.866λ/D，式中δ
θ
代表角度分辨力，λ代表波长，D代表天线孔径。半波长等间距布设方案在实际应用中会产生两个缺陷，第一是等效的天线孔径D不够大，会导致角度分辨力较差，第二接收天线阵元间距比较小，容易引起互耦效应，将降低角度估计性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，所述方法包括以下步骤；
[0009]S1、雷达天线阵列参数初始化；
[0010]S2、根据雷达天线阵列参数初始化进行接收天线的布设；
[0011]S3、根据雷达天线阵列参数初始化进行发射天线的布设；
[0012]S4、基于收发天线稀疏布阵的基础上，进行角度估计。
[0013]进一步的，所述S1中雷达天线阵列参数初始化的方法包括以下步骤；
[0014]步骤1001、将雷达天线的最大视场角度记为θ
max
，其中θ
max
∈(
‑
90
°
,90
°
)；
[0015]步骤1002、将雷达天线阵元间隔记为其中雷达天线阵元处在一系列以d为间隔的离散个点上，λ代表雷达工作波长，符号||表示绝对值；
[0016]步骤1003、将归一化等效阵元位置集合记为为稀疏阵列的阵元位置表示为nd，其中其中表示非负的整数集合；
[0017]步骤1004、将与相联系的差分阵列集合记为其中表示最终所获得的虚拟等距线阵阵元的归一化位置。
[0018]本专利技术通过对雷达天线阵列参数初始化设置，为后续分析接收天线的布设与发射天线的布设提供数据参照。
[0019]进一步的，所述S2中根据雷达天线阵列参数初始化进行收发天线的布设的过程中，根据雷达天线阵列最小冗余线阵方式布设接收天线阵的位置，即给定N根接收天线，并将设定的N根接收天线分别放置在[a1,a2,a3,...,a
N
]×
d的位置上，其中a1×
d表示第一根接收天线的位置，a2×
d表示第二根接收天线的位置，a3×
d表示第三根接收天线的位置，a
N
×
d表示第N根接收天线的位置，将第一根接收天线的位置设为接收天线的参考阵元位置。
[0020]本专利技术据雷达天线阵列参数初始化进行收发天线的布设，通过获取雷达天线的视角值，根据公式运算得到天线布设的基本单位d值，从而根据雷达天线阵列最小冗余线阵方式布设接收天线阵的位置，为后续角度估计提供数据参照。
[0021]进一步的，所述S3中根据雷达天线阵列参数初始化进行发射天线的布设的方法包括以下步骤；
[0022]步骤3001、获取发射通道的数量；
[0023]步骤3002、结合发射通道的数量，针对发射天线进行布设。
[0024]进一步的，所述结合发射通道的数量，针对发射天线进行布设的方法包括以下步骤；
[0025]步骤3002
‑
1、将发射通道的数量记为M；
[0026]步骤3002
‑
2、根据发射通道数量M进行发射天线的布设，即将发射天线布设在[b1,b2,b3,...,b
M
]×
d处，其中b1×
d位置表示第一根发射天线的位置，b2×
d表示第二根发射天线的位置，b3×
d表示第三根发射天线的位置，b
M
×
d表示第M根发射天线的位置，将第一根发射天线的位置设为接收天线的参考阵元位置；
[0027]步骤3002
‑
3、获取对应归一化等效阵元位置集合和差分阵列集合
[0028]本专利技术根据雷达天线阵列参数初始化进行发射天线的布设，通过获取发射通道的数量，并结合发射通道的数量，针对发射天线进行布设，根据设定的发射通道数量进行发射天线的布设，为后续角度估计提供数据参照。
[0029]进一步的，所述S1中基于收发天线稀疏布阵的基础上，进行角度估计的方法包括以下步骤；
[0030]步骤4001、获取雷达各个通道采集的数据x(t)；
[0031]步骤4002、结合雷达采集的数据，通过公式运算得到采样协方差矩阵，表达式为：
[0032][0033]其中R表示采样协方差矩阵，x
H
(t)表示雷达采集数据x(t)的共轭转置，T
n
表示雷达采集数据的样本个数；
[0034]步骤4003、根据集合在R中选择长度为J的差分共阵信号向量y；
[0035]步骤4004、采用Hamming窗对差分共阵信号向量y进行加窗处理；
[0036]步骤4005、获取集合中元素构建导向向量；
[0037]步骤4006、基于Bartlett波束形成技术进行估计方位角。
[0038]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤；S1、雷达天线阵列参数初始化；S2、根据雷达天线阵列参数初始化进行接收天线的布设；S3、根据雷达天线阵列参数初始化进行发射天线的布设；S4、基于收发天线稀疏布阵的基础上，进行角度估计。2.根据权利要求1一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，其特征在于，所述S1中雷达天线阵列参数初始化的方法包括以下步骤；步骤1001、将雷达天线的最大视场角度记为θ
max
，其中θ
max
∈(
‑
90
°
,90
°
)；步骤1002、将雷达天线阵元间隔记为其中雷达天线阵元处在一系列以d为间隔的离散个点上，λ代表雷达工作波长，符号||表示绝对值；步骤1003、将归一化等效阵元位置集合记为为稀疏阵列的阵元位置表示为nd，其中稀疏阵列的阵元位置表示为nd，其中表示非负的整数集合；步骤1004、将与相联系的差分阵列集合记为其中表示最终所获得的虚拟等距线阵阵元的归一化位置。3.根据权利要求2一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，其特征在于，所述S2中根据雷达天线阵列参数初始化进行收发天线的布设的过程中，根据雷达天线阵列最小冗余线阵方式布设接收天线阵的位置，即给定N根接收天线，并将设定的N根接收天线分别放置在[a1,a2,a3,...,a
N
]
×
d的位置上，其中a1×
d表示第一根接收天线的位置，a2×
d表示第二根接收天线的位置，a3×
d表示第三根接收天线的位置，a
N
×
d表示第N根接收天线的位置，将第一根接收天线的位置设为接收天线的参考阵元位置。4.根据权利要求3一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，其特征在于，所述S3中根据雷达天线阵列参数初始化进行发射天线的布设的方法包括以下步骤；步骤3001、获取发射通道的数量；步骤3002、结合发射通道的数量，针对发射天线进行布设。5.根据权利要求4一种室内监测雷达天线阵列稀疏布阵方法，其特征在于，所述结合发射通道的数量，针对发射天线进行布设的方法包括以下步骤；步骤3002
‑
1、将发射通道的数量记为M；步骤3002
‑
2、根据发射通道数量M进行发射天线的布设，即将发射天线布设在[b1,b2,b3,...,b
M
]
×
d处，其中b1×
d位置表示第一根发射天线的位置，b2×
d表示第二根发射天线的位置，b3×
d表示第三根发射天线的位置，b
M
×...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑春弟，吴泉鹏，杨栋，吴睿，金良文，罗俊，刘文冬，
申请(专利权)人：珠海微度芯创科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：