【最新成果】分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统设计与联合定位方法研究（视频）

学术 2024-10-22 10:03 北京

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关键词: 超宽带穿墙雷达 / 分布式组网 / 无线组网 / 数据同步 / 联合定位

背景介绍

超宽带穿墙雷达（Ultra-wideband through-the-wall radar）利用电磁波穿透能力较强的特点实现墙体后方或建筑物内部的目标定位与跟踪，具有高距离分辨率、强抗干扰能力以及穿透介质特性等优点，被广泛应用于灾害救援、安全检查等领域。

单发单收穿墙雷达具备便携、系统简单、可独立工作等优势，但难以实现目标二维定位与跟踪。国内外科研工作者开展了分布式组网穿墙雷达研究，以兼顾系统便携、低成本和目标二维信息估计。

图1 分布式组网穿墙雷达示意图

团队工作

近年来，中科院空天信息创新研究院叶盛波研究员团队对分布式无线组网超宽带雷达系统设计与联合定位方法等开展了深入研究。

在分布式组网穿墙雷达系统设计方面，基于互补格雷码发射波形的超宽带雷达，研制分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统，共3个雷达节点，并通过无线模块与数据处理中心通信。在分布式组网雷达联合探测方法中，采用行为认知理论和模板匹配相结合的方法，实现数据同步，解决慢时同步问题；提出基于Levenberg–Marquardt（L-M）最优化算法的雷达位置自估计和目标位置求解方法，实现了无先验雷达节点位置信息下的目标快速定位与跟踪。

(a)伪随机编码雷达系统框图

(b)分布式无线组网雷达系统

(c)分布式组网雷达目标联合定位算法流程图

(d)雷达节点和目标位置估计结果

图2 课题组在分布式组网穿墙雷达系统的相关研究成果

该工作拟发表在《雷达学报》2024年第4期“城市楼宇穿透探测与信息感知专题”的论文“分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统设计与联合定位方法研究”（刘新，朱海滨，刘宗强，薛长虎）。

论文介绍

该文提出的分布式无线组网穿墙雷达系统由3台独立的伪随机编码雷达和用于雷达信号处理的笔记本组成，3台雷达的数据通过WiFi模块传输到中央处理节点。雷达节点采用伪随机编码穿墙雷达系统，通过将数字发射机、混合采样数字接收机、时钟同步模块、电源模块、WiFi通信模块集成在雷达主机上，从而提高雷达系统的系统集成度、便携性。使用基于格雷Golay互补码发射波形的超宽带雷达，解决多雷达同时工作时的干扰问题。格雷互补码产生流程如下图所示。

图3 格雷互补码产生流程图

分布式组网雷达信号处理流程如下：首先对各雷达回波进行预处理，包括带通滤波、脉冲压缩、快时间同步和动目标提取；然后进行基于运动目标行为认知、模板匹配的慢时间同步，通过识别雷达数据中目标运动状态，对各雷达数据进行目标运动状态匹配，完成数据同步。

(a)模板与雷达#1的互相关结果 (b)模板与雷达#3的互相关结果

图4 分布式组网雷达慢时间同步

结合分布组网穿墙雷达系统不同时刻数据构造三边定位超定方程组，并基于L-M最优化方法实现雷达位置自估计和目标定位。最终对运动目标的轨迹利用卡尔曼滤波算法进行跟踪和预测，得到目标的二维位置和速度信息。最后对该文进行了总结，并将该文所提算法在真实数据集上进行了测试以及误差分析，验证了所提算法的有效性。

图 5 分布式雷达联合定位结果图

作者简介

刘新，博士生，高级工程师，主要研究方向为新体制雷达系统设计与雷达信号处理。

朱海滨，硕士生，主要研究方向为极化雷达信号处理与目标分类方法。

刘宗强，博士，主要研究方向为天基遥感信息处理与人工智能反演算法。

叶盛波，博士，研究员，主要研究方向为超宽带穿透成像雷达技术，重点开展探地雷达、穿墙成像雷达等。

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