[发明专利]隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法

权利要求书

1.一种隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法，其特征在于，在隧道入口的顶部一个雷达实时获取运动目标的观测，将观测的直达波和多径回波置于同一观测矩阵构建观测模型；该方法的步骤包括如下：

(1)获取运动目标的距离与速度观测值：

(1a)在隧道入口的顶部设置一个雷达实时获取运动目标的观测，将雷达接收的每一时刻的隧道内运动目标的观测数据存储为数据矩阵；

(1b)对数据矩阵在快时间维度进行匹配滤波，得到运动目标的位置观测值集合，在慢时间维度进行谱估计，得到运动目标的速度观测值集合；

(2)构建隧道模型：

(2a)从道路交通系统数据库中导出雷达所在隧道的特征参数；

(2b)建立一个三维的笛卡尔坐标系，坐标系的xoy面表示隧道内道路平面，坐标原点为xoy面上任意一点，Z轴方向表示隧道高度方向；

(2c)从特征参数中找出直线隧道顶部的四个顶点信息，在坐标系中标定每个顶点的位置，将四个顶点的位置数据组成一个矩阵；

(2d)利用解析几何方法，构建圆弧形弯道的模型；

(3)获取每一时刻的观测值对应的传播状态：

(3a)以每一时刻隧道内运动目标的位置观测值为射线追踪发射点，雷达所在位置为射线追踪终点，在无反射、折射和绕射的情况下获取直达波的传播状态；

(3b)利用射线追踪法进行仿真，得到仿真信号的直达波在隧道内道路面的传播状态；

(4)判断仿真信号的直达波是否能够从隧道内运动目标到达雷达处，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(5)；

(5)判断每个位置观测值在坐标系中标定的位置是否在隧道外，若是，执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)；

(6)将隧道外的观测值转换为隧道内运动目标的观测值：

找出位置标定处于隧道外的点关于反射面的镜面对称点，用对称点的位置取代位置标定位于隧道外的观测值；

(7)将观测的直达波和多径回波置于同一观测矩阵，按照下式，构建目标状态模型。

目标的系统模型如下：

x_k＝Fx_k-1+n_k

其中，x_k表示目标状态向量，F为系统矩阵，n_k为系统噪声，

目标的观测模型如下：

z_k＝h_k(x_k)+w_k

其中，z_k表示观测向量，h_k(x_k)表示观测矩阵，w_k表示观测噪声。

(8)利用粒子跟踪算法，对隧道内运动目标的位置观测值进行跟踪滤波。

2.根据权利要求1所述的隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法，其特征在于，步骤(2d)中所述解析几何方法的具体步骤如下：

第一步，从特征参数中找出隧道圆弧形弯道的起点和终点信息，选取弧形弯道上任意一点；

第二步，分别计算出起点、终点与选取点所在直线的中垂线；

第三步，将两条中垂线的交点作为圆弧形弯道的圆心点；

第四步，在坐标系中标定弯道起始点与对应圆心点的位置；

第五步，将弯道起始点与圆弧圆心的位置数据组成一个矩阵。

3.根据权利要求1所述的隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法，其特征在于，步骤(7)中所述的观测矩阵如下：

其中，x_k,i表示k时刻隧道内运动目标与雷达的距离，i表示回波信号经过第i种路径到达目标，v_k,i表示距离的变化率，N_k表示k时刻的位置观测值数目。