基于IR-UWB雷达的多视角融合动态目标追踪

作     者：陈蔚燕 张扶桑 刘俊杰 包鹏 张大庆 CHEN Wei-Yan;ZHANG Fu-Sang;LIU Jun-Jie;BAO Peng;ZHANG Da-Qing

作者机构：北京大学信息科学技术学院北京100871 高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学)北京100871 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所)北京100190 中国科学院软件研究所软件工程技术研发中心北京100190 北京邮电大学计算机学院北京100876 北京大学前沿交叉学科研究院大数据科学研究中心北京100871 

出 版 物：《软件学报》 (Journal of Software)

年 卷 期：2023年第34卷第12期

页      面：5457-5476页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(62172394) 中国科学院青年创新促进会(2020109) 中日韩A3前瞻计划(62061146001) 北京大学基金会北京大学-南洋理工大学合作基金。 

主　　题：普适计算 非接触感知 IR-UWB UWB 距离测量 室内定位 目标追踪 

摘      要：近年来,对运动目标的定位和追踪被广泛地应用于室内导航、智能家居、安防监控和智慧医疗等场景.基于无线射频信号的非接触式定位追踪受到了研究人员的广泛关注,其中基于商用IR-UWB的技术能够以较低的成本和功耗实现目标定位和追踪的功能,具有较强的发展潜力.然而,现有工作大多存在以下问题:1)追踪场景受限,只针对理想情况下室外或者相对空旷的室内场景进行建模和处理;2)目标的运动状态受限且建模过于理想;3)虚假动态目标引起的追踪精度不足.为了解决这些问题,在理解多径场景下接收信号谱组成的基础上,提出一个基于IR-UWB的动态目标追踪方法.首先提取原始信号谱中动态成分,并利用基于高斯模糊的多径消除和距离提取算法,消除了多径干扰,仅保留与运动目标直接相关的一次反射信息,从而准确地获取了目标的距离变化曲线.随后,提出多视角融合算法,将不同视角上的设备距离信息进行融合,实现对自由活动目标的准确定位和追踪.此外,还搭建一个基于低成本商用IR-UWB雷达的实时动态目标追踪系统.真实室内家居场景中的实验结果表明,系统估计的人体中心的位置与真实运动轨迹的误差始终小于20 cm.在改变实验环境、实验者、活动速度、设备高度等影响因素的情况下,系统依然鲁棒.