基于生命探测飞行器的超宽带雷达多点分布式目标定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生命探测飞行器和雷达技术领域，尤其涉及一种基于生命探测雷达多点分布式的目标搜索与定位技术。
【背景技术】
[0002]现如今抗震救灾越来越成为人们所关注的重点，而国内外抗震救灾的手段局限性和缺点比较明显，所以我设计发明了应用于飞行器上的雷达技术，并对此技术进行创新，使用创新出来的超宽带多点分布式探测技术使得飞行器准确对目标进行定位。
[0003]应用四旋翼飞行器、基于超宽带窄脉冲雷达发射器的搜救机器人，具有四旋翼飞行器的高机动性和稳定性，又具备超宽带雷达的强大穿透能力，可以迅速并准确地感知到目标的三维坐标信息，国内外现有的生命救援雷达产品均采用发射与接收一体化设计，发射天线和接收天线的距离很近，难以检测不同姿态的生命体，漏警率高，而且每次探测的区域有限。目前生命救援雷达只能提供被掩埋生命体的距离信息，无法确切定位，这就增加了救援的工作量，延误救援进度。
[0004]本课题研制的分布式雷达波生命探测器将发射天线和接收天线分离，采用分布式多点接收的方法，提高被掩埋生命体的检测概率，增大探测区域，并提供生命体的确切位置信息，以便能够及时有效地解救被困人员，并且能够大大地减小救援的工作量，加快救援进度。
[0005]多点分布式雷达波生命探测器能够快速实现幸存者的搜索与定位，该技术在国内尚属空白。
[0006]超宽带生命探测雷达系统基于一发一收天线对发射超宽带短脉冲，接收来自生命体的微动信息，从而实现生命体定位的目的。国内外现有的生命救援雷达产品均采用单发单收和或分布式设计。由于单发单收生命救援雷达只能提供被掩埋生命体的距离信息，无法确切定位，这就增加了救援的工作量，延误救援进度。而分布式生命救援雷达对硬件需求量较大，成本较高，在实际应用中难以实现。因此需要设计发射天线和接收天线分离的雷达，采用多探测点搜索的方法，提高被掩埋生命体的检测概率，增大探测区域，并提供生命体的确切位置信息，以便能够及时有效地解救被困人员。
[0007]分布式多目标探测可得到生命体的距离向、方位向信息，有利于目标准确定位，是超宽带生命探测雷达的关键技术，而现有技术中缺乏一种专门针对生命救援雷达的多探测点目标搜索与定位技术。
【发明内容】
[0008]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于生命探测雷达多探测点的目标搜索与定位方法。
[0009]为实现上述目的，本发明基于生命探测雷达多探测点的目标搜索与定位方法，包括以下步骤:
[0010]步骤A:针对全部N个探测点0N，分别对第η个探测点0η处的生命探测雷达回波数据进行呼吸信号检测处理，获得该生命体与雷达之间的距离值&，其中，η = 1，2，3，……Ν ;
[0011]步骤Β，选择 4 个探测点(^、02、03、04，将其位置(Xp Yi, z)、(x2，y2，z2)、(x3，y3,z3)、(x4，y4，z4)及对应的距离检测值&、“1?4，分别构建生命探测雷达位置矩阵3 0^^，zn)和检测值向量“私，1?4)模型；对上述检测值向量模型进行有效值情况判断及分类，将有效值情况分为5类情况:4、3、2、1、0个探测点存在有效值的情况，根据多探测点判别准贝1J，对检测值向量模型分别应用三球面定位法或三角形法则进行求解；最终得到生命体空间位置A1;
[0012]当有效值情况为4个探测点存在有效值时，每次从检测值向量模型中选取3个探测点的检测值数据，应用三球面定位法进行求解，若解存在，计算每个解的概率Pq，其中q < 4且q e N+，并取概率较大的解作为对应这4个探测点的生命体空间位置A1;若解不存在，则通过三角形法则找出错误数据，将该错误数据在检测值向量模型中置0，重新进行有效值情况判断；
[0013]当有效值情况为3个探测点存在有效值时，若解存在，则解唯一，即对应这4个探测点的生命体空间位置A1;若解不存在，则通过三角形法则找出错误数据，将该错误数据在检测值向量模型中置0，重新进行有效值情况判断；
[0014]当有效值情况为2个探测点存在有效值时，并不能得出生命体空间位置，根据三角形法则和最邻近原则输出检测值向量模型，此时的检测值向量为(Rs，Rt，0，0)或(Rs，0，0，0)，其中s，t = 1,2,3,4 ;再选择出其他不同的两个或3个探测点，重新构建生命探测雷达位置矩阵S(xn，yn，zn)和检测值向量(RpRpRpRf)模型，并对重新建立的检测值向量模型进行有效值情况判断及分类；
[0015]当有效值情况为1个探测点存在有效值时，输出检测值向量模型(Rs，0，0，0)，其中s= 1,2,3,4 ;再选择出其他不同的3个探测点，重新构建生命探测雷达位置矩阵S(xn，yn，zn)和检测值向量(RpRpRpRf)模型，并对重新建立的检测值向量模型进行有效值情况判断及分类，对检测值向量模型分别应用三球面定位法或三角形法则进行求解；
[0016]当有效值情况为0个探测点存在有效值时，重新选取其他不同的四个探测点，分别构建生命探测雷达位置矩阵S(xn，yn，zn)和检测值向量(&，R2，R3，R4)模型，并对上述检测值向量模型进行有效值情况判断及分类，对检测值向量模型分别应用三球面定位法或三角形法则进行求解；
[0017]通过步骤B最终得到生命体空间位置A1;
[0018]步骤C:根据步骤B中所得生命体空间位置仏，将仏作为新的探测点，依据最邻近原则再选择其他不同的3个探测点并结合所得&，重复进行步骤B，得到生命体空间位置A2;
[0019]步骤D，重复步骤C，最终得到ApA2.。。。。Am，直到最终4个探测点都能够定位并包围当次生命体空间位置AM，且距离当次生命体空间位置AM最近，所得当次生命体空间位置AM即为最终生命体空间位置。
[0020]所述步骤C具体方法:
[0021]步骤C1:根据步骤B中所得生命体空间位置仏，固定距离&并将Ai作为有效值的探测点Op，其中ρ = 1，2，3，4，保留其距离检测值^，另外依据最邻近原则选取3个探测点
O1、Oj、0k，其中i，j，k = 5,6,7,…N，i乒j乒k乒p，重复步骤B，获得新的生命体空间位置A2;
[0022]或步骤C2:重复步骤C1，使用最邻近原则搜索探测点并定位生命体目标，获得新的生命体空间位置A3、A4、k5-..Am，当检测值向量模型況，R2，R3，R4)无值情况为0时，且0P、Op Op 0k是离A M最近的4个有效探测点，且包围A M，得到最终的生命体空间位置Am。
[0023]所述最邻近原则指在选取探测点时，Op 0P 0k在以0 p和前一次定位所得生命体空间位置A?为对角线的矩形区域内，且为距离0 p最近的探测点。
[0024]所述技术针对单目标搜索与定位。基于搜救飞行器的强大机动性能，在飞行器上安置超宽带生命探测雷达，利用多点分布式目标定位方法，实现生命体的快速准确定位。实验中将雷达置于飞行器云台上，利用飞行器控制雷达在高空移动，根据多点分布式目标判别准则，应用三球面法求解目标位置信息。原先的一发一收模式下的距离探测结果将用于求解三元二次非齐次方程组，根据方程组所得结果选出最优解，即得出生命体在三维空间中的位置信息。通过应用相邻判别法搜索探测点，使得雷达距离目标位置最近且包围目标，提升生命体目标定位的有效性和可靠性。
[0025]从上述技术方案可以看出，本发明基于生命探测雷达多探测点的目标搜索与定位技术具有以下有益效果:
[0026](1)在实际雷达系统中，考虑到成本问题，本发明从多个探测点中每次选取4个探测点放置雷达，并构建生命探测雷达位置矩阵和检测值向量模型；
[0027](2)由于收发一体的生命救援雷达漏警率高，本发明通过多探测点判别准则对生命体位置进行求解，并根据解的概率对生命体进行初步定位；
[0028](3)由于生命救援雷达系统定位准确性低，本发明通过最邻近原则多次重新搜索探测点，提尚目标最终定位的可靠性。
【附图说明】
[0029]图1为根据本发明实施例用于多探测点判别法则的流程图。
[0030]图2为本实施例中选定的4个探测点位置和生命体真实位置坐标，黑点为生命体真实位置坐标；
[0031 ] 图3为本实施例中当有效值情况为4时的探测结果；
[0032]图4为本实施例中当有效值情况为3时，若解存在，所得到的唯一解；
[0033]图5为本实施例中应用最邻近原则不断搜索出来的理想结果；
[0034]图6为本实施例中应用最邻近原则的递进搜索过程第一步结果；
[0035]图7为本实施例中应用最邻近原则的递进搜索过程第二步结果；
[0036]图8为本实施例中应用最邻近原则的递进搜索过程第三步结果；
[0037]图9为本实施例中应用最邻近原则的递进搜索过程第四步结果；
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0039]本发明根据分布式判别准则，应用三球面法求解目标位置信息。原先的一发一收模式下的距离探测结果将用于求解三元二次非齐次方程组，根据方程组所得结果选出最优解，即得出生命体在三维空间中的位置信息。通过应用最邻近原则搜索探测点，使得雷达距离目标位置最近且包围目标，提升生命体目标定位的有效性和可靠性。
[0040]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于生命探测雷达多探测点的目标搜索与定位技术。图1为根据本