分布式穿墙雷达节点自定位技术研究

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分布式穿墙雷达系统利用多个不同视角的节点雷达,协同探测建筑内部的隐蔽目标或建筑布局结构,它通过获取多个视角的信息并完成有效的融合,解决了传统单站穿墙雷达信息获取单一的缺点,在反恐侦察、灾害救援、环境感知等领域具有重要的应用价值和社会意义。相较于传统单站穿墙雷达的工作方式,分布式穿墙雷达系统的雷达节点通常依托于建筑结构进行部署,多个雷达节点进行协同探测。因此,对分布式穿墙雷达系统中雷达节点的高精度定位问题的研究,对于后续雷达数据融合具有非常重要的意义。本文针对分布式穿墙雷达节点的自定位问题,研究了基于超宽带系统的定位方案、基于双目视觉系统的定位方案、以及基于雷达图像配准的节点定位方案,实现了3种不同方案下的分布式穿墙雷达节点定位,具体内容如下:1.在基于超宽带系统的定位方案中,根据超宽带系统的工作原理和分布式穿墙雷达系统的工作特点,设计了合理的基站部署方案和定位方案,确保定位系统有一个较高的定位精度。对于实际的超宽带系统进行了系统测距校准和定位性能分析,最后开发了基于MATLAB的定位系统,进行了室内外定位实验,结果表明室外定位具有较高的定位精度,室内定位由于受到多径的干扰,定位效果不如室外;2.在基于双目视觉系统的定位方案中,根据双目系统的定位原理,研究了双目系统各项参数对定位精度的影响。并设计了合理的系统结构。针对雷达节点检测问题设计了基于颜色空间的图像分割,提取分割图像中物体形心的方法。并运用张正友标定法对相机的内外参数进行了标定,最后通过实验验证了基于双目视觉的雷达节点定位方法的有效性;3.在基于雷达图像配准的定位方案中,每个雷达节点能够得到基于自身坐标系的成像信息,成像信息中包含了场景中目标的位置,根据目标的位置信息可以逆向求解雷达节点本身的位置。因此首先针对各个雷达节点的成像结果进行了预处理,并构建图模型,根据图匹配算法关联不同视角下同一个目标,最后求解出雷达位置,经过电磁仿真和实测数据的验证,证明了所提方法具有较高的定位精度;以上所提分布式穿墙雷达节点定位方法均得到实验验证,被证明具有较高的室内定位精度,可以运用到实际使用中。
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