JP7142400B1 - 多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位の方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
オペレーターは、位置を露出せずに取得した一部の街路配置情報に従って、見通し外ターゲットの多経路信号モデル及び多経路伝搬モデルを構築するステップ1と、
収集された多周期レーダーエコーに対して、ウィンドウ処理、ゼロフィリング、パルス圧縮、ケーブル補正及び平均キャンセルなどの前処理操作を通じて、鮮明な距離像平面を生成するステップ2と、
距離像平面から1つの周期のエコーデータを選択し、逆投影イメージング及び類似-逆投影イメージングアルゴリズム操作を実行して、2枚の画像を生成するステップ3と、
画像処理方法で2回のイメージングによって生成された画像を結合するように処理して候補ターゲットが得られ、各候補ターゲットに対応する街路の幅を計算するステップ4と、
距離像平面から各経路の遅延を抽出し、経路遅延を基準として候補ターゲットマッチングを実行し、実際のターゲットを絞り込んで、街路の幅を確定するステップ5とを含む。
1.1)多経路信号モデルの構築:複数の建物で構成される街角のある街路を構築し、前記街角のある街路は「L」字型街路を用い、「L」字型街路がBuilding-1及びBuilding-2で構成されていると仮定し、オペレーターは壁の角C=[xc、yc]Tに近い側でレーダーを操作(つまり、壁の角Cの位置は正確に取得しやすい)し、 ターゲットG=[xG、yG]Tはレーダーの視野のブラインドエリアにあり、多入力多出力レーダーのm番目の送信アンテナ及びn番目の受信アンテナをTm=[xm、ym]T,Rn=[xn、yn]Tとして示す。本発明では、街路の幅Dwは未知であり、表現を簡略化するためBuilding-2の縦座標をywで表し、m番目の送信アンテナで送信される信号はs(t)の場合、n番目の受信アンテナで受信されるエコーがZm,n(t)で表され;
1.2)多経路伝搬モデルの構築:電磁波のエネルギーは、多重反射後に著しく減衰するため、本発明では、ターゲットの測位に対する多次反射経路の寄与を無視し、回折経路P1、Building-1で反射された一次反射経路P2、及びBuilding-2で反射された一次反射経路P3という3つの一方向経路のみを考慮し、ターゲットの測位プロセスを討論し;3つの一方向経路には6つの異なる往復経路の組み合わせがあり、Pijで表され、6つの経路を式(1)で表されるベクトルPに格納する。
3.1)逆投影イメージング(BP):イメージング領域をX×Y個のピクセルに分割し、任意のピクセルはp=[x,y]Tで表され、ピクセルpのピクセル値の計算方法は、式(2)で表される。
3.2)類似-逆投影イメージング(BP-like):ピクセルpのピクセル値の計算方法は、次の式(3)で表される。
4.1)2枚の画像内のフォーカスゴーストの重心及びフォーカスリングの中心円を抽出:まず、画像IBPに対して2次元平均-一定の誤警報率(CA-CFAR)検出操作を実行して画像IBPのサイズに等しいしきい値行列Tcaを得てからしきい値行列に従って画像IBPを二値化し、次にMATLAB(登録商標)内のbwlable関数で二値化された画像内のフォーカス領域を連結し、連結領域の重心を計算し、行列に座標をスタックし;さらに、画像処理方法で画像IBP-like内のフォーカスリングの中心円を抽出して別の行列にスタックし;
4.2)重心行列と中心円行列に基づいて候補ターゲットを取得:2つの行列を位置により同じイメージング領域に配置し、画像IBP内の一次反射経路P22によって生成されたゴーストG22と画像IBP-like内の回折経路P11によって生成された円との位置関係に基づいて、重心行列と中心円行列を結合処理して複数の候補ターゲットGcan=[Gcan1,Gcan2,......,GcanL]Tを生成し、次にBuilding-1に関するターゲットGとゴーストG22の対称性という位置特徴に従って各候補ターゲットGcanlに対応する街路の幅を計算する。
5.1)各多経路遅延の取得:まずm×n個のチャネル内のエコーを抽出して、1次元平均-一定の誤警報率検出(CA-CFAR)を実行して多経路遅延を得、遅延行列Tにスタックし;
5.2)候補ターゲットGcanlの多経路遅延計算:経路Pijにそってm番目の送信アンテナから候補ターゲットGcanlに伝搬してn番目の受信アンテナに戻る電磁波の遅延を計算し、τl,ijで表され、経路行列P内の全ての経路に沿った候補ターゲットGcanlの伝搬遅延は、次の式(5)で表される。
5.4)ターゲット判定ルール:5.2)及び5.3)を繰り返して、Gcan内の全ての候補ターゲットの2つの係数を計算し、それぞれ次の式(6)及び次の式(7)で表される2つの行列に格納する。
図1に示す全体構成のブロック図のように本実施例により提供される多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法は、
オペレーターは、位置を露出せずに取得した一部の街路配置情報に従って、見通し外ターゲットの多経路信号モデル及び多経路伝搬モデルを構築するステップ1と、
収集されたレーダーエコーに対して、ウィンドウ処理、ゼロフィリング、パルス圧縮、ケーブル補正及び平均キャンセルなどの前処理操作を通じて、鮮明な距離像平面を生成するステップ2と、
距離像平面から1つの周期のエコーデータを選択し、逆投影イメージング及び類似-逆投影イメージングアルゴリズム操作を実行して、2枚の画像を生成するステップ3と、
画像処理方法で生成された2枚の画像を結合するように処理して候補ターゲットが得られ、各候補ターゲットに対応する街路の幅を計算するステップ4と、
距離像平面から各経路の遅延を抽出し、経路遅延を基準として候補ターゲットマッチングを実行し、実際のターゲットを絞り込んで、街路の幅を確定するステップ5とを含む。
本実施例の街角のある街路は「L」字型街路を用い、「L」字型街路がBuilding-1及びBuilding-2で構成されていると仮定し、オペレーターは壁の角C=[xc、yc]Tに近い側でレーダーを操作(つまり、壁の角Cの位置は正確に取得しやすい)し、ターゲットG=[xG、yG]Tはレーダーの視野のブラインドエリアにあり、多入力多出力レーダーのm番目の送信アンテナ及びn番目の受信アンテナをTm=[xm、ym]T,Rn=[xn、yn]Tとして示す。本発明では、街路の幅Dwは未知であり、表現を簡略化するためBuilding-2の縦座標をywで表す。
受信遅延τj (n)(G)は、次の式(12)のように表すことができる。
画像IBPと画像IBP-like内のフォーカス領域は、両方ともターゲットの位置情報を運んでおり、2つの画像内のフォーカス領域への結合処理を行うと、ターゲット位置を確定でき、例えば画像IBP内の往復反射経路P22からマッピングされたフォーカスゴーストG22と画像IBP-like内の往復反射経路P11からマッピングされたフォーカスリングC11には、次の関係があり、すなわちフォーカスゴーストG22の中心を通るy軸に平行な直線を作成し、見通し外領域におけるこの直線とフォーカスリングC11の交点はターゲット位置である。上述の操作の困難点は画像IBP及び画像IBP-likeのフォーカス領域からフォーカスゴーストG22とフォーカスリングC11を直接識別できないことである。
さらに、画像処理方法で画像IBP-like内のフォーカスリングの中心円を抽出して、行列V=[V1,V2...Vu,VU]Tにスタックした。
・行列Hの最大値の数が1でない場合、E内からHの最大値の下付き文字に対応する誤差係数を見つけ、これらの誤差係数の最小値を求める必要があり、この最小値に対応する候補ターゲットがターゲットであり;
このルールで判断された最初のターゲットをGt1と表し、対応する街路の幅をDt1と表し、ターゲットの数が未知であるため、Gcanに他のターゲットがあるかどうかを判断する必要がある。まず、行列HとEからターゲットGt1に対応する2つの係数を削除し、この時HとE内の要素数がL-1であり、次に上記ルールで新しいターゲット及び街路の幅を絞り込んで、Gt2及びDt2と表し、|Dt1 - Dt2|<TD(TDは実験の許容誤差である)の場合、Gt2をターゲットとして判定し、この時Gcanに他のターゲットがあるかどうかを判断し続ける必要があり、|Dt1 - Dt2|≧TDの場合、Gt2はターゲットではなく、判断プロセス全体が終了する。シナリオに複数のターゲットがあると判断された場合、街路の幅は、街路の幅に対応するいくつかのターゲットの平均値である。
以下は、図面及び具体的実施例を参照しつつ本発明をさらに説明する。
Claims (7)
- 多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法であって、
一部の街路配置情報を取得して、見通し外ターゲットの多経路信号モデル及び多経路伝搬モデルを構築するステップ1と、
収集された多周期レーダーエコーを前処理して、鮮明な距離像平面を生成するステップ2と、
距離像平面から1つの周期のエコーデータを選択し、逆投影イメージング及び類似-逆投影イメージングアルゴリズム操作を実行して、2枚の画像を生成するステップ3と、
生成された2枚の画像を結合するように処理して候補ターゲットを得るステップ4と、
距離像平面から各経路の遅延を抽出し、経路遅延を基準として候補ターゲットマッチングを実行し、実際のターゲットを絞り込むステップ5と、
を含み、
ステップ3における前記逆投影イメージングは、次のステップ、すなわち、
イメージング領域をX×Y個のピクセルに分割し、任意のピクセルはp=[x,y]Tで表され、ピクセルpのピクセル値の計算方法は、式(4)で表され、
ステップ3における前記類似-逆投影イメージングは、次のステップ、すなわち、
ピクセルpのピクセル値は、式(5)で計算され、
イメージング領域内の全ての前記ピクセルのピクセル値をトラバースして計算することで得られた画像は、IBP-likeである、
ことを特徴とする、多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法。 - 前記多経路信号モデルは、次の方法に従って構築される。すなわち、
Building-1と、Building-2とを備えた複数の建物からなる街角のある街路を構築し;
レーダーに近い側の壁の角Cの位置[xc,yc]Tを取得し;
レーダー視野のブラインドエリアにあるターゲットG=[xG,yG]Tを確定し;
多入力多出力レーダーのm番目の送信アンテナ及びn番目の受信アンテナをTm=[xm、ym]T,Rn=[xn、yn]Tとして示し;
街路の幅は、Dwで表され、Building-2の縦座標はywで表され;
m番目の送信アンテナで送信される信号は、s(t)の場合、n番目の受信アンテナで受信されるエコーがZm,n(t)である
ことを特徴とする、請求項1に記載の多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法。 - 前記多経路伝搬モデルは、次の方法に従って構築される。すなわち、
Building-1と、Building-2とを備えた複数の建物からなる街角のある街路を構築し;
街角のある街路から3つの一方向伝搬経路Pi,i∈{1,2,3},を抽出し、ここでP1は回折経路、P2はBuilding-1で反射された一次反射経路、P3はBuilding-2で反射された一次反射経路を示し、式(2)に従って一方向経路の往復経路の組み合わせを格納し;
経路Pijに沿って送信アンテナTmからターゲットGに伝搬されてから受信アンテナRnに戻る電磁波の遅延は、式(3)で計算することを特徴とする、請求項1に記載の多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法。
- 前記生成された2枚の画像を結合して候補ターゲットを生成することは、具体的に次の方法に従って実施する。すなわち、
2枚の画像内のフォーカスゴーストの重心及びフォーカスリングの中心円を抽出:
前記逆投影イメージングで得られた画像IBPに対して2次元平均-一定の誤警報率(CA-CFAR)検出操作を実行して画像IBPのサイズに等しいしきい値行列Tcaを得てからしきい値行列に従って画像IBPを二値化し;
二値化された画像内のフォーカス領域を連結し、連結領域の重心を計算し、行列に座標をスタックし;
前記類似-逆投影イメージングで得られた画像IBP-like内のフォーカスリングの中心円を抽出して別の行列にスタックする、
ことを特徴とする、請求項1に記載の多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法。 - 前記候補ターゲットマッチングプロセスは、次のステップに従って実施する。すなわち、
多経路遅延の取得:m×n個のチャネル内のエコーを抽出して、1次元平均-一定の誤警報率検出を実行して多経路遅延を得、遅延行列Tにスタックし;
候補ターゲットGcanlの多経路遅延計算:経路Pijにそってm番目の送信アンテナから候補ターゲットGcanlに伝搬してn番目の受信アンテナに戻る電磁波の遅延を計算し、τl,ijで表され、経路行列P内の全ての経路に沿った候補ターゲットGcanlの伝搬遅延は、次の式(7)で表され;
候補ターゲットマッチング:ターゲットGの遅延行列Tと候補ターゲットGcanlの遅延行列Tlに基づいて、HlとElという2つのマッチング係数を定義して行列TとTl内のマッチング成功の要素の数及び対応するマッチング誤差をそれぞれ示し;
ターゲット判定ルール:Gcan内の全ての候補ターゲットの2つの係数を繰り返し計算し、それぞれ式(8)及び式(9)で表される2つの行列に格納し;
係数HlとElに基づいて、実際のターゲットを絞り込み:候補ターゲットGcanlをターゲットと判定された場合、マッチング係数Hlは、行列H内の最大値で、誤差係数Elが行列E内の最小値である、
ことを特徴とする、請求項1に記載の多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位方法。
- 多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位システムであって、メモリと、プロセッサとを備え、前記メモリ内に実行可能コードが格納され、前記プロセッサは前記実行可能コードを実行すると、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法を実現することを特徴とする、多入力多出力レーダーに基づく見通し外ターゲット測位システム。
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