基于多普勒雷达传感的多运动目标盲分离研究

发布时间：2020-10-30 10:08

　　 近年来人们对身体健康和居家安全的需求日益增长,生命信号监测和多运动目标探测领域受到越来越多的关注。但目前使用图像传感器的探测方法在障碍物较多的复杂环境下易被遮挡,且图像数据量大、算法处理较为复杂。随着射频集成电路的快速发展,拥有结构简单、功耗低、障碍穿透性好等优点的小型化多普勒雷达传感器,在民用无线探测领域已经得到广泛的应用。然而,传统的连续波多普勒雷达只能探测单一反射物,在缺少先验信息的情况下,如何进行多运动目标的盲分离探测仍是一个极具挑战的难题。基于多普勒雷达传感技术,本文对多运动目标的盲分离问题进行了较为全面和深入的研究。首先,分析了连续波多普勒雷达探测和盲分离技术的原理,并设计实现了基于数字低中频构架的SIMO连续波多普勒雷达传感系统和分布式MIMO微多普勒传感器。然后,本文提出了一种称为two-step的两步分离算法,即先运用独立成分分析对复数形式的基带信号进行盲分离,随后用线性相位解调技术恢复出各目标的运动信息。接下来,本文对不同幅度、频率、相位和运动类型的多目标一维运动进行了探测,实验结果和误差分析表明:在室内环境下,该方法能成功分离三角波、正弦、随机运动,并能精确恢复出随机晃动干扰下的手势运动轨迹。最后,本文将多目标一维运动的盲分离方法拓展到多维运动探测领域。通过相关系数匹配算法对two-step算法分离出的一维运动数据进行排序,再进行向量合成从而恢复出多维运动轨迹。通过模拟环境实验,初步验证了该方法在解决多目标多维运动盲分离问题时的有效性。以上研究解决了传统连续波多普勒雷达难以探测多运动目标的缺陷,展现了该方法在多运动目标追踪和室内定位方面的巨大发展潜力。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN957.52
【部分图文】：

传统的雷达架构主要分为直接下变频架构和超外差架构。直接下变频架构中参与解??的本振信号与回波信号频率相同，混频一次后即得到基带信号，具有结构简单、利于??成的优点，但是存在直流偏差、本振泄露和闪烁噪声等问题［１７］。文献［１８］提出的低中??结构由直接下变频架构发展而来，它将射频信号转化到几千到几兆赫兹的低中频，而??直接下变频到基带，从而极大的降低了直流偏置信号和闪烁噪声对有用信号的干扰。??超外差构架需要两次下变频转换，第一次下变频产生固定频率的中频信号，滤波后??行第二次下变频得到所需的基带信号，这种结构具有灵敏度高、选择性好的特点。但??由于存在二次变频，存在正交不平衡、镜频干扰和尺寸偏大的问题。文献［１９］中基于??外差结构提出一种数字中频结构，主要改进是将第二次下变频解调过程由模拟域转移??到数字域，它可以实现ＩＱ两路信号幅度和相位的平衡，提高采样精度并抑制了?ＤＣ直??流偏置。然而，该构架需要采样率较高的模数转换器（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ?Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，?ＡＤＣ）??以满足奈奎斯特采样定律，这极大地增加了成本。??

?（２．１４）??Ａ＞??其中４、分别为是同相（７）、正交（０两路正交信号的幅度，￡＞Ｇ与乃＜＾分别为两??路信号的基带直流偏置。连续波多普勒雷达的探测原理如图２．１所示：??１３??

ＢＰＦ?Ｍｉｘｅｒ??图３．２低中频ＳＩＭＯ连续波微多普勒雷达传感系统内部框架图??如图３．２所述，为了能够进行时钟同步以去除收发之间的相位差，发射机和接收机??的锁相环芯片使用同一晶振所产生的参考时钟信号。雷达接收及一般采用正交解调接收，??得到两路Ｉ／Ｑ基带信号。在这种情况下，可以设计一个带通滤波器将基带信号中的高频??噪声、镜频干扰和闪烁噪声滤除。然后，每一路接收端均使用同一个双通道摸数转换器??芯片直接对该低中频正交信号进行摸数转换成为数字信号，从而解决正交不平衡问题，??即公式（２．１３）？（２．１４）中ＪＸ０＝Ｊｅ（０，为后续线性相位解调算法的应用提供了便利。??随着工艺的进步，现在市面上的收发机芯片集成度越来越高，尺寸也越来越小。本??课题选择ＩＳＭ频段中５．８ＧＨｚ作为实际工作频段，首先这是考虑到此频段无需申请批准??使用
【参考文献】

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1 范腾龙;基于连续波多普勒雷达传感器的手势识别[D];浙江大学;2017年

本文编号：2862331