CN112014836B - 一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达信号处理和目标跟踪技术，其公开了一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，解决基于毫米波雷达的室内人员跟踪应用中环境杂波导致跟踪性能下降的问题。该方法包括以下步骤：a.通过毫米波雷达周期性发射线性调频连续波信号；b.对雷达接收信号进行处理，获取背景杂波信息；c.根据对背景杂波信息的统计确认背景杂波点并记录，作为后续目标跟踪时的跟踪算法输入参数之一，并根据统计周期更新记录的背景杂波点；d.在对目标进行跟踪处理中，所采用的跟踪策略包括：背景杂波点不能用于起始航迹，并且，任何航迹在关联时优先选择非背景杂波点进行关联。

Description

一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理和目标跟踪技术，具体涉及一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法。
背景技术
特定场合人员跟踪在安全管理、提高整体服务水平等方面起重要作用。随着科技的进步，毫米波雷达传感器的成本逐渐下降，基于毫米波雷达的跟踪技术具有广阔的应用前景。利用毫米波雷达进行人员跟踪可部署于多个场景，如机场、商场、连锁店、车站、博物馆、会议室等。常见的人员跟踪技术主要由雷达获取探测空间内目标的量测数据，然后将量测数据和跟踪算法结合实现目标航迹起始、航迹关联进而实现目标跟踪。然而，在室内人员跟踪应用中，由于环境中存在强散射的静态物体(杂波)，如电视机、空调、金属装饰物等，导致在雷达信号处理阶段产生伪目标点(虚警量测数据)，进而使得目标跟踪性能下降，如目标丢失、目标跟踪错误等。
现有技术大多着眼于目标检测算法本身，致力于解决产生伪目标的问题。然而，由于目标所在环境多种多样差异较大，而这种改进目标检测算法的方法往往鲁棒性较差，可能在其他一些不同环境条件下算法的效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，解决基于毫米波雷达的室内人员跟踪应用中环境杂波导致跟踪性能下降的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，包括以下步骤：
a.通过毫米波雷达周期性发射线性调频连续波信号；
b.对雷达接收信号进行处理，获取背景杂波信息；
c.根据对背景杂波信息的统计确认背景杂波点并记录，作为后续目标跟踪时的跟踪算法输入参数之一，并根据统计周期更新记录的背景杂波点；
d.在对目标进行跟踪处理中，所采用的跟踪策略包括：背景杂波点不能用于起始航迹，并且，任何航迹在关联时优先选择非背景杂波点进行关联。
作为进一步优化，步骤a中，所述毫米波雷达具有K个均匀线性阵列天线作为接收天线，其发射的一组线性调频连续波信号包含M个chirp信号,每个chirp信号由N个采样点组成，雷达每隔时间T发射一组线性调频连续波信号。
作为进一步优化，步骤b中，通过毫米波雷达的均匀线性阵列天线接收待测空间范围内反射回来的信号，对每个发射周期中的接收信号进行以下处理，以获取背景杂波信息：
b1、对每根天线接收到的每个chirp信号进行傅里叶变换得到频域信号1D-FFT-Data，该信号频谱中各个频率一一对应目标和雷达间的距离，频谱中每个频率点称为一个rangeBin；
b2、对同一根天线的每个chirp信号的1D-FFT-Data的同一rangeBin的数据取均值，得到1D-FFT-Data-Mean；
b3、将1D-FFT-Data-Mean中同一rangeBin对应于K(K>＝2)个天线的数据作傅里叶变换，得到频域信号2D-FFT-Data，该信号频谱中的各个频率点与目标方位角一一对应，频谱中每个频率点称为一个angleBin；
b4、在2D-FFT-Data的幅值数据上作二维CFAR，获得所有静态杂波的距离和方位角位置信息，然后将静态杂波距离和角度信息转换成二维直角坐标系中的杂波位置信息。
作为进一步优化，步骤c中，统计L个发射周期的杂波信息，如果L个周期中同一位置的杂波出现次数大于阈值nThres，则将该位置的杂波记录存储为背景杂波点，并作为后续L个发射周期的目标跟踪算法输入参数之一，每隔L个周期按照本步骤更新一次背景杂波点。
作为进一步优化，所述阈值nThres大于L/2。
本发明的有益效果是：
由于在目标跟踪过程中引入了背景杂波信息，从而可以防止误起航迹，以及提高航迹关联的准确性。此外，与直接将背景杂波信息剔除的方法相比，本方法可以防止人员目标位置与杂波位置重叠时航迹不能正确关联的问题发生。
附图说明
图1为实施例中基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法流程图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，解决基于毫米波雷达的室内人员跟踪应用中环境杂波导致跟踪性能下降的问题。该方法使用带阵列天线的调频连续毫米波雷达，体积小部署方便，可以获取目标的位置(距离和角度)、速度信息、信噪比。相对于处于运动状态的人员，环境中的强散射物体通常处于静止状态，因此我们可以把雷达探测到的速度为零的目标点视为环境杂波。将目标检测阶段得到的环境杂波点(位置)记录存储。在目标跟踪阶段，尤其是航迹起始和航迹关联时，将杂波信息作为跟踪算法输入参数之一，并根据真实人员目标在杂波环境中的特点增加跟踪策略：其一，杂波点不能用于起始航迹，其二，任何航迹在关联时优先选择非杂波点进行关联。通过引入上述策略可有效提高雷达人员目标跟踪的准确性和可靠性。
实施例：
本实施例中，将毫米波雷达安装在客厅墙面一定高度处，并使雷达视场覆盖目标跟踪区域。本实施例实现的目标跟踪方法如图1所示：
A、毫米波雷达周期性发射一组线性调频连续波信号，通过雷达的均匀线性阵列天线接收待测空间范围内反射回来的信号，进而得到他们的中频信号。
本实施例采用的毫米波雷达天线数量为1发8收，即接收信号的线性阵列天线数量为8,一组调频连续波信号包含128个chirp信号,每个chirp由256个采样点组成。通过调节chirp带宽和chirp间的间隔时间以及采样率使雷达的距离分辨率为0.1米，最大检测距离大于15米，速度分辨率为0.16米/秒，最大速度大于4米/秒。雷达每隔时间20毫秒发射一组(8个)chirp信号。
B、单帧杂波信息获取：
本步骤中，对每个发射周期的中频信号进行以下处理：
1)对每根天线接收到的每个chirp信号进行傅里叶变换得到频域信号1D-FFT-Data。该频谱中每个频率与目标同雷达间的距离一一对应，频谱中每个频率点称为一个rangeBin。
2)对同一根天线的每个chirp信号的1D-FFT-Data的同一rangeBin的数据取均值，得到1D-FFT-Data-Mean。
3)将1D-FFT-Data-Mean中同一rangeBin对应于8个天线的数据作傅里叶变换，得到2D-FFT-Data。该频谱中的每个频率与目标方位角一一对应，频谱中每个频率点称为一个angleBin。
4)在2D-FFT-Data的幅值数据上作二维CFAR，可获得所有静态杂波的距离和方位角位置信息，然后将杂波距离和角度信息转换成二维直角坐标系中的杂波位置信息。
C、多帧杂波信息存储和判断：
本步骤中统计20个发射周期的杂波信息，如果20个周期中同一位置的杂波出现次数大于阈值15，则将该位置的杂波记录存储，视为背景杂波，并作为后续20个发射周期的目标跟踪算法输入参数之一。每隔20个周期按照上述方法更新一次背景杂波信息。
D、目标跟踪处理：
本步骤在常规最近邻多目标跟踪方法中增加跟踪策略：一是杂波点不能用于起始航迹，二是任何航迹在关联时优先选择非杂波点进行关联。

Claims (3)

1.一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过毫米波雷达周期性发射线性调频连续波信号；
b.对雷达接收信号进行处理，获取背景杂波信息；
c.根据对背景杂波信息的统计确认背景杂波点并记录，作为后续目标跟踪时的跟踪算法输入参数之一，并根据统计周期更新记录的背景杂波点；
d.在对目标进行跟踪处理中，所采用的跟踪策略包括：背景杂波点不能用于起始航迹，并且，任何航迹在关联时优先选择非背景杂波点进行关联；
步骤a中，所述毫米波雷达具有K个均匀线性阵列天线作为接收天线，其发射的一组线性调频连续波信号包含M个chirp信号,每个chirp信号由N个采样点组成，雷达每隔时间T发射一组线性调频连续波信号；
步骤b中，通过毫米波雷达的均匀线性阵列天线接收待测空间范围内反射回来的信号，对每个发射周期中的接收信号进行以下处理，以获取背景杂波信息：
b1、对每根天线接收到的每个chirp信号进行傅里叶变换得到频域信号1D-FFT-Data，该信号频谱中各个频率一一对应目标和雷达间的距离，频谱中每个频率点称为一个rangeBin；
b2、对同一根天线的每个chirp信号的1D-FFT-Data的同一rangeBin的数据取均值，得到1D-FFT-Data-Mean；
b3、将1D-FFT-Data-Mean中同一rangeBin对应于K个天线的数据作傅里叶变换，得到频域信号2D-FFT-Data，该信号频谱中的各个频率点与目标方位角一一对应，频谱中每个频率点称为一个angleBin；
b4、在2D-FFT-Data的幅值数据上作二维CFAR，获得所有静态杂波的距离和方位角位置信息，然后将静态杂波距离和角度信息转换成二维直角坐标系中的杂波位置信息。
2.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，其特征在于，
步骤c中，统计L个发射周期的杂波信息，如果L个周期中同一位置的杂波出现次数大于阈值nThres，则将该位置的杂波记录存储为背景杂波点，并作为后续L个发射周期的目标跟踪算法输入参数之一，每隔L个周期按照本步骤更新一次背景杂波点。
3.如权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的短距人员目标跟踪方法，其特征在于，
所述阈值nThres大于L/2。
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