CN108254723A - 一种用于室内定位的fmcw雷达部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于室内定位的FMCW雷达部署方法，利用获取雷达天线辐射方向图、获取探测区域物理尺寸、设备安装位置选取、设备安装角度调整、设备精确的位置和角度获取等步骤流程，可在较大程度上提高产品工程部署的效率，发挥产品的设计性能，减少相当大的人力和物力。

Description

一种用于室内定位的FMCW雷达部署方法

技术领域

本发明涉及电子信息工程领域，尤其涉及室内定位产品的部署方法。

背景技术

随着基于位置感知的应用的激增，位置感知发挥了越来越重要的作用。在室内和室外环境下，连续地可靠地提供位置信息可以为用户带来更好的用户体验。室外定位和基于位置的服务已经成熟，基于GPS和地图的位置服务被广泛应用。近年来，定位的相关技术和产业正向室内发展。

为了体现一种室内定位产品的优越性，提高室内定位产品的定位准确率，需要一种合理的室内定位产品部署方法。

基于FMCW雷达多目标室内定位中，其中FMCW雷达的工作原理为：

FMCW雷达工作时，信号调制器将产生波形一定的调制信号，进入VCO的输入端，从而产生一定范围的调频信号，即调频连续波。然后再经过功率放大，通过天线将调频信号发射出去。当发射信号遇到目标时，一部分能量将被反射回来，并被雷达的接收天线所接收。在电磁信号往返于天线与目标的这段时间里，相比于回到雷达接收机的回波信号，发射信号的频率已经产生了一些变化。此时将回波信号经放大后与来自发射机振荡器的本振信号相混频，即可得到差频信号。此差频信号的频率包含着目标距离和速度等信息。因此，对差频信号使用雷达信号处理的相关算法进行处理，就可以获得目标距离和速度等相关信息。

目前对于基于FMCW雷达的多目标室内定位系统产品并没有详细的设备部署规范，在实际的工程实施中具有较大的随意性，极大的影响到产品性能的发挥，造成人力和物力的浪费。

综上所述，如何提供一种基于FMCW雷达的多目标室内定位产品部署方法，在较大程度上发挥出产品优势尤为重要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于室内定位的FMCW雷达部署方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一，通过软件对天线阵面进行仿真，或者利用微波暗室对天线阵面进行测试，获得雷达天线辐射方向图。

步骤二，获取各台雷达的探测区域物理尺寸；

步骤三，选取雷达安装位置，确保雷达探测区域的覆盖面积与室内待定位区域总面积比值达到最大，且雷达正前方主瓣范围内不存在面积之和大于0.2m²的金属物体；

步骤四，调整雷达安装角度，确保各个雷达的朝向夹角大于等于60度，且任一雷达被其它雷达照射的数量不应多于1个；

步骤五，获取雷达安装的位置参数，包括位置坐标和方向角。

本发明的有益效果是：针对基于FMCW雷达多目标室内定位系统的部署定义了一种设备部署方法，可在较大程度上提高产品工程部署的效率，发挥产品的设计性能，减少相当大的人力和物力。

附图说明

图1为基于FMCW雷达的多目标室内定位系统部署方法流程；

图2为本发明所提出的正方形室内空间部署方案；

图3为本发明所提出的单部雷达部署方案；

图4为本发明所提出的两部雷达部署方案；

图5为本发明所提出的三部雷达部署方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的实施步骤为：

步骤一：获取雷达天线辐射方向图

由于天线方向图可以描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化关系，并且天线的主瓣宽度可衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度。在基于FMCW雷达的多目标室内定位产品部署时，希望探测区域尽可能的包含在天线辐射的主瓣范围内。天线方向图的获取有两种方法，一是通过软件对天线阵面进行仿真；二是利用微波暗室对天线阵面进行测试获得。

步骤二：获取探测区域物理尺寸

通常使用单台设备难以实现对整个室内空间的全覆盖，此时需要安装多个设备。单个雷达探测目标数据中的位置是以雷达设备自身为坐标原点的坐标，对于多台设备的部署，需要将各个雷达的坐标数据从各自的坐标系中变换到全局坐标系，因此需对探测区域的尺寸进行测量，以用于确定各个设备在探测区域内的精确位置。

步骤三：设备安装位置选取

由于通常需要多台设备才能完成对探测空间的全覆盖，基于成本的考虑希望使用尽可能少的设备达到所需的覆盖范围，可利用步骤一获取的天线方向图在探测区域平面图内进行摆放，获取最佳覆盖方式，即覆盖区域面积与区域总面积比值达到最大。

背景反射能够淹没目标的回波信号，在部署时雷达正前方主瓣范围内不应存在面积之和大于0.2m²的金属物体。

基于以上方法可确定设备在探测空间的安装位置。

步骤四：设备安装角度调整

FMCW雷达多采用比相测角技术。在比相测角中，角度的测量是通过计算由两个接收天线所接收到的两路差频信号的相位差来实现的。而距离信息是通过求解回波信号上升沿和下降沿的差频信号的频率计算获得。

雷达对目标距离测量的准确率高于对角度测量的准确率，因此各个雷达的朝向角度应保证夹角大于等于60度，以提高定位精度，同时可降低设备的相互干扰。

由于两个雷达发射的电磁波彼此形成干扰，其采用的分频技术允许不超过两台的设备彼此暴露在对方的照射范围内，当利用步骤一获取的天线方向图在探测区域平面图内进行摆放时，应避免设备被其它设备照射，若照射干扰不可避免，则任一设备被其它设备照射的数量不应多于1个。

步骤五：设备精确的位置和角度获取

由于目标位置的测量首先要计算目标相对于设备的位置，再由设备的位置参数，计算目标在检测区域内的位置，若设备本身带有位置标定误差，该误差将导致目标的定位结果也带有误差，因此对探测目标位置计算依赖于设备本身的位置和角度，所以在标定设备位置和角度时，一定要确保精确标定雷达安装的位置参数，包括位置坐标和方向角。

实施例：

针对步骤一，利用HFSS对雷达天线阵面进行仿真，获取用于室内定位的FMCW雷达水平方向主瓣宽度为30度；

针对步骤二，通过面积测量可知被探测区域为正方形，如图2所示，长和宽均为16m；

针对步骤三，当利用一部雷达进行部署时，如图3所示，不能对探测区域进行完全覆盖。当利用两部雷达进行部署时，如图4所示，不能对探测区域进行完全覆盖，且方案二的两部雷达处于互相的照射中，具有差的实施效果。当利用三部雷达进行部署时，如图5所示，方案一能够将探测区域完全覆盖。

针对步骤四，利用三部雷达可获得较大的探测区域覆盖率，如图5所示，在方案一中，任一部雷达均为处于其它雷达的照射范围内，且各个雷达的朝向角夹角等于60度，效果较佳；对于方案二，雷达1处于雷达2和雷达3的照射范围内，实施效果不佳；对于方案三，雷达2和雷达3的朝向角夹角为45度，小于60度，效果不佳；对于方案四，其对探测区域的覆盖范围小于方案一，因此方案一实施效果最优。

针对步骤五，利用测量设备获取雷达在探测区域的位置和雷达朝向角度，对于图5中的方案一，三部雷达均位于探测区域的同一个角落里，可定义该位置为坐标原点；方位角分别为15度、45度、75度，高低角均为0度。

Claims (1)

1.一种用于室内定位的FMCW雷达部署方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一，通过软件对天线阵面进行仿真，或者利用微波暗室对天线阵面进行测试，获得雷达天线辐射方向图。

步骤二，获取各台雷达的探测区域物理尺寸；

步骤三，选取雷达安装位置，确保雷达探测区域的覆盖面积与室内待定位区域总面积比值达到最大，且雷达正前方主瓣范围内不存在面积之和大于0.2m²的金属物体；

步骤四，调整雷达安装角度，确保各个雷达的朝向夹角大于等于60度，且任一雷达被其它雷达照射的数量不应多于1个；

步骤五，获取雷达安装的位置参数，包括位置坐标和方向角。