一种毫米波非视距探测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种毫米波非视距探测方法及系统，属于目标探测技术领域；针对复杂粗糙环境，构建了由多个具有随机斜率与长度的微表面构成的粗糙仿真表面模型；采集隐蔽目标通过粗糙仿真表面散射回来的回波信号，并分解为多条散射路径上的子回波信号，基于各子回波信号携带的信息获取各散射点与隐蔽目标之间的位置关系，进而得到隐蔽目标的位置；本发明专利技术通过利用各散射点与隐蔽目标之间的位置关系，扩展了探测目标信号路径，即便在没有镜面反射分量的随机粗糙表面下，也能够准确感知隐藏目标的位置，能够在复杂粗糙环境下准确可靠地进行非视距隐蔽目标探测。视距隐蔽目标探测。视距隐蔽目标探测。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波非视距探测方法及系统


[0001]本专利技术属于目标探测
，更具体地，涉及一种毫米波非视距探测方法及系统。

技术介绍

[0002]毫米波非视距探测旨在通过电磁波在可见场景表面上的间接反射恢复被遮挡目标的信息。解读这些回波信号可以极大地扩展传感器的探测范围，具有广泛的应用，包括自动驾驶、灾难救援、遥感等。例如，在十字交通路口中，如果传感器通过探测已经知道了转角后的行人位置，那么在进行拐弯或者下一步路径规划时能够及时的规避行人，减少碰撞与车祸。
[0003]然而现有的非视距探测方法，存在以下问题：1)当下NLOS探测系统均假设可视中继反射面为理想光滑平面，忽略了户外场景非理想粗糙表面会产生的散射信号，即针对单个隐蔽目标，粗糙表面散射效应将产生新的虚拟鬼目标，使得目标恢复出现歧义，无法准确的恢复出真实目标位置等信息。2)随机粗糙表面上可反射的微表面是随机的，取决于NLOS场景与粗糙表面的几何关系，这造成可靠的镜面路径会被阻断，使得传统基于三阶反弹原理的NLOS传感方法难以有效工作，鲁棒性差，导致重大的探测误差。
[0004]因此，现有的NLOS毫米波探测方案都不适用于复杂粗糙环境(如野外环境)下的隐蔽目标重建工作，研究基于粗糙表面散射的毫米波非视距探测具有重要价值。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种毫米波非视距探测方法及系统，用以解决现有技术无法在复杂粗糙环境下准确可靠地进行非视距隐蔽目标探测的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种毫米波非视距探测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采用与粗糙仿真表面垂直距离为h的传感器向粗糙仿真表面发射调制信号，并采集隐蔽目标通过粗糙仿真表面散射回来的回波信号；其中，粗糙仿真表面由多个具有随机斜率与长度的微表面构成；
[0008]S2、对回波信号多条散射路径上的子回波信号的路径距离和到达角信息进行估计；其中，第i个子回波信号所在的第i条散射路径为从隐蔽目标开始经由第i个微表面上的散射点A
i
到传感器的信号路径，路径距离为r
i
，到达角为θ
i
；
[0009]S3、基于子回波信号的路径距离和到达角信息，计算粗糙仿真表面上每一个散色点与隐蔽目标T之间的实际距离；其中，散射点A
i
与隐蔽目标T之间的实际距离dis
i
＝r
i
‑
b
i
；b
i
＝h/sinθ
i
为散射点A
i
与传感器S之间的距离；
[0010]S4、通过最小化每一个散射点到隐蔽目标之间的距离与其实际距离的差异，从而得到隐蔽目标的位置。
[0011]优选地，在一种可选实施方式下，步骤S4包括：建立以最小化每一个散射点到隐蔽目标之间的距离与其实际距离的差异为目标的代价函数，得到隐蔽目标的位置；其中，代价函数为：
[0012][0013]其中，(x,y)为隐蔽目标的位置坐标；I为散射路径的数量；为散射点A
i
的位置坐标。
[0014]优选地，在一种可选实施方式下，步骤S4包括：对代价函数中的根号项进行一阶泰勒展开后进行最小化，得到隐蔽目标的位置
[0015]其中，其中，其中，
[0016]优选地，在一种可选实施方式下，步骤S2包括：
[0017]S21、对回波信号进行张量表示后进行张量分解，得到回波信号所携带的各维度信息所对应的二维矩阵(2
‑
mode矩阵)；
[0018]S22、对每一个维度信息所对应的二维矩阵分别进行奇异值分解，得到各维度信息所对应的特征值矩阵和右奇异值矩阵；
[0019]S23、基于贝叶斯信息论准则，对第q个维度信息所对应的特征值矩阵中的特征值进行判决，得到第q个维度信息所对应的散射路径数量；将所有维度信息所对应的散射路径数量的最大值作为回波信号的散射路径数量I；
[0020]S24、获取第q个维度信息所对应的特征值矩阵中最小的I个特征值，将I个特征值所对应的右奇异值向量构成第一奇异值矩阵，并基于旋转不变技术将第一奇异值矩阵被分成两个元素个数相同的子矩阵V1、V2，计算矩阵束的广义特征值分解，得到第q个维度信息下的I个广义特征值，进而得到各子回波信号的路径距离、到达角信息和速度信息、以及其表达式；
[0021]其中，维度信息包括：路径距离、到达角信息和速度信息；q＝1,2,3。
[0022]进一步优选地，回波信号的张量表示为：
[0023][0024]其中，I为散射路径的数量；ρ
i
为第i条散射路径的衰减；表示外积；
r
i
为第i个子回波信号的路径距离；q
i
为第i个子回波信号的到达角信息；v
i
为第i个子回波信号上携带的速度矢量信息；K为调制信号的采样数；B为传感器发射信号的带宽；c为光速；T
m
为调制信号的持续时间；f
s
为采样率；L为天线数；f
c
为载波频率；d为天线间隔；为高斯白噪声；
[0025]第i个子回波信号的表达式为：
[0026][0027]k为路径距离索引；l为到达角索引；
[0028]第i个子回波信号的路径距离r
i
和到达角信息q
i
分别为：
[0029][0030][0031]其中，λ
r,i
为路径距离维度信息下的第i个广义特征值；λ
q,i
为到达角维度信息下的第i个广义特征值；λ
v,i
为速度维度信息下的第i个广义特征值；∠(
·
)为表示提取相位角的函数。
[0032]优选地，在一种可选实施方式下，上述毫米波非视距探测方法，还包括在步骤S4之后执行的步骤S5，以同时对隐蔽目标的位置和速度进行探测；此时，步骤S2还包括：对回波信号多条散射路径上的子回波信号上携带的速度信息进行估计；
[0033]上述步骤S5包括：
[0034]S51、基于子回波信号上携带的速度信息，获取隐蔽目标在每一条散射路径上的真实速度；其中，对于第i条散射路径，基于隐蔽目标的位置和散射点A
i
与隐蔽目标T之间的实际距离，得到第i个子回波信号上携带的速度矢量与隐蔽目标移动方向的夹角α
i
，进而基于余弦定理，得到隐蔽目标在第i条散射路径上的真实速度；隐蔽目标移动方向包括水平方向和垂直方向；
[0035]S52、通过最小化隐蔽目标速度与隐蔽目标在每一条散射路径上的真实速度的差异，对隐蔽目标速度进行预测。
[0036]进一步优选地，在需要同时对回波信号多条散射路径上的子回波信号的路径距离、到达角信息以及其上携带的速度信息进行估计时；上述步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波非视距探测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用与粗糙仿真表面垂直距离为h的传感器向粗糙仿真表面发射调制信号，并采集隐蔽目标通过粗糙仿真表面散射回来的回波信号；所述粗糙仿真表面由多个具有随机斜率与长度的微表面构成；S2、对回波信号多条散射路径上的子回波信号的路径距离和到达角信息进行估计；其中，第i个子回波信号所在的第i条散射路径为从隐蔽目标开始经由第i个微表面上的散射点A
i
到传感器的信号路径，路径距离为r
i
，到达角为θ
i
；S3、基于子回波信号的路径距离和到达角信息，计算粗糙仿真表面上每一个散色点与隐蔽目标之间的实际距离；其中，散射点A
i
与隐蔽目标之间的实际距离dis
i
＝r
i
‑
b
i
；b
i
＝h/sinθ
i
为散射点A
i
与传感器S之间的距离；S4、通过最小化每一个散射点到隐蔽目标之间的距离与其实际距离的差异，从而得到隐蔽目标的位置。2.根据权利要求1所述的毫米波非视距探测方法，其特征在于，所述步骤S4包括：建立以最小化每一个散射点到隐蔽目标之间的距离与其实际距离的差异为目标的代价函数，得到隐蔽目标的位置；其中，所述代价函数为：其中，(x,y)为隐蔽目标的位置坐标；I为散射路径的数量；为散射点A
i
的位置坐标。3.根据权利权利要求2所述的毫米波非视距探测方法，其特征在于，所述步骤S4包括：对所述代价函数中的根号项进行一阶泰勒展开后进行最小化，得到隐蔽目标的位置其中，其中，其中，4.根据权利要求1所述的毫米波非视距探测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21、对回波信号进行张量表示后进行张量分解，得到回波信号所携带的各维度信息所对应的二维矩阵；S22、对每一个维度信息所对应的二维矩阵分别进行奇异值分解，得到各维度信息所对应的特征值矩阵和右奇异值矩阵；S23、基于贝叶斯信息论准则，对第q个维度信息所对应的特征值矩阵中的特征值进行
判决，得到第q个维度信息所对应的散射路径数量；将所有维度信息所对应的散射路径数量的最大值作为回波信号的散射路径数量I；S24、获取第q个维度信息所对应的特征值矩阵中最小的I个特征值，将I个特征值所对应的右奇异值向量构成第一奇异值矩阵，并基于旋转不变技术将第一奇异值矩阵被分成两个元素个数相同的子矩阵V1、V2，计算矩阵束的广义特征值分解，得到第q个维度信息下的I个广义特征值，从而得到各子回波信号的路径距离和到达角信息；其中，维度信息包括：路径距离和到达角信息；q＝1,2。5.根据权利要求4所述的毫米波非视距探测方法，其特征在于，所述回波信号的张量表示为：其中，I为散射路径的数量；ρ
i
为第i条散射路径的衰减；表示外积；表示外积；r
i
为第i个子回波信号的路径距离；θ
i
为第i个子回波信号的到达角信息；v
i
为第i个子回波信号上携带的速度矢量信息；K为调制信号的采样数；B为传感器发射信号的带宽；c为光速；T
m
为调制信号的持续时间；f
s
为采样率；L为天线数；f
c
为载波频率；d为天线间隔；为高斯白噪声；第i个子回波信号的表达式为：k为路径距离索引；l为到达角索引；第i个子回波信号的路径距离r
i
和到达角信息θ
i
分别为：分别为：其中，λ
r,i
为路径距离维度信息下的第i个广义特征值；λ
θ,i
为到达角维度信息下的第i个广义特征值；λ
v,i
为速度维度信息下的第i个广义特征值；∠(
·
)为表示提取相位角的函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光华，许优，肖丽霞，江涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：