专利名称：宽带rf检测的制作方法
宽带RF检测政府合同在国防部高级研究计划局(DARPA)所授予的合同HROO11-06-C-0110，子合同 061033的约束下，本发明受政府的支持而完成。政府具有该发明的特定权利。
背景技术：
穿墙雷达传感已被考虑用于从单方面对建筑内相对小的区域上的对象进行成像。 然而，常规的穿墙传感缺乏针对有意义的建筑宽度特征化的能力。合成孔径雷达(SAR)技术已被用来从多个方面重建建筑的外部。然而，常规的SAR 技术缺乏针对有意义的建筑宽度特征化的能力。
发明内容
本发明涉及宽带RF检测方法。在一个实施例中，该方法包括从沿驱动路径的多个 发射位置发射信号。在沿驱动路径的多个接收位置接收发射信号的反射。基于在每个接收 位置处的反射的到达角，形成特征轨迹(signature)。特征轨迹包括关于沿每一个反射的相应发射位置和相应接收位置的驱动路径的 距离的、在每个接收位置处的反射的到达角。特征轨迹包括关于相应发射信号的发射时间的、在沿驱动路径的每一个接收位置 处接收到的反射的路径延迟。将特征轨迹表示为关于沿驱动路径的每个接收位置处的每个反射的相应发射位 置和相应接收位置的驱动路径上的距离的、每个接收位置处的反射的到达角的点状图。色 彩用于指示接收到的反射的路径延迟。沿驱动路径执行波束成形，以获取针对所述特征轨迹的接收到的反射。将接收到 的反射的到达角分布到针对每个相应发射/接收位置对的矩阵的列的多个区间(bin)上， 所述区间被反射的复路径幅度所填充，矩阵的每列与单个发射/接收位置对相对应。通过对反射的到达角的轨迹进行匹配以标识结构内的角，基于特征轨迹来推断结 构的内部。
本专利或申请文件包含至少一幅彩色执行的图。该专利或专利申请公开具有彩图 的副本将基于请求并在支付必需费用的情况下由官方提供。从下面给出的详细描述和附图中，示例实施例将被更充分地理解，其中，相同的组 成部分由相同的参考数字表示，附图仅以示意的方式给出并因此不是对本发明的限制，其 中图1示意了来自于由两面墙的交接所形成的双面角的反射的整体几何关系；图2示意了其曲率取决于比率R/d的角度余弦轨迹的归一化图；图3A-3C分别示意了示例建筑的顶视图、侧视图和前视图4A-4C分别示意了针对如=1，10，21的三个示例射线框；图5示意了针对图4A中包含的示例，路径损耗对量化的AoA余弦的关系曲线；图6示意了 64长度的布莱克曼窗的快速傅里叶变换的示例；图7示意了与图5相相应的示例仿真波束成形响应序列的一�。煌�8示意了示例路径延迟的色调饱和度值(hsv)彩图；图9A示意了对针对空建筑，沿驱动路径的示例仿真波束成形快照的强度进行示 出的点状图；图9B示意了对针对图9A中的建筑增加了阻塞物，沿驱动路径的示例仿真波束成 形快照的强度进行示出的点状图；图9C示意了对图9A中描绘的点和图9B中描绘的点之间的差别进行示出的点状 图；以及图10A-10C分别示出了对沿(a) χ、(b) y和(c) ζ维度的驱动路径中0. Im的变化的 效果进行示意的图。
具体实施例方式现将参考附图更完整地描述本发明的各种示例实施例，在附图中示出了本发明的 一些示例实施例。在附图中，为了清楚起见，对层的厚度和区域进行了放大。在此公开了本发明的详细示意性实施例。然而，出于描述本发明的示例实施例的 目的，在此公开的特定结构和功能细节仅是代表性的。然而，可以用很多备选的形式来实施 本发明，而不应解释为仅限于在此阐述的实施例。相应地，在本发明的示例实施例能够被进行各种修改和处于备选形式时，其实施 例通过图中的示例的方式来示出，并将在此进行详细描述。然而，应该理解，没有将本发明 的示例实施例限制在所公开的具体形式的意图，相反，本发明的示例实施例要覆盖所有落 在本发明范围内的修改、等效和备选。相同的编号指的是全部图的描述中相同的元件。应该理解，虽然在此可使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应 被这些术语所限制。这些术语仅被用来将一个元素与另一个元素区分开。例如，在不背离 本发明的示例实施例的范围的情况下，可以将第一元素称为第二元素，并且类似地，可以将 第二元素称为第一元素。此处使用的数据“和/或”包括一个或多个相关联的被列出的项 目的任何组合和所有组合。应该理解，当称元素与另外的元素“相连接”或“耦合”时，可以是直接连接或耦合 到该另外的元素或者可以存在中间元素。相反，当称元素与另外的元素“直接连接”或“直 接耦合”时，没有中间元素存在。其它被用来描述元素间关系的词语应被以相同的方式来解 释(例如，“之间”之于“之间直接地”、“相邻”之于“直接相邻”等)。在此使用的术语是仅用于描述具体实施例的目的，而不是旨在限制本发明的示例 实施例。除非上下文进行了清楚地指示，在此使用的单数形式“一”以及“该”也旨在包括 复数形式。还应该理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“正包括”、“包含”和/ 或“正包含”被用来指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，而不是妨 碍一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在或增加。还应该注意到，在一些备选实施例中，所提到的功能/动作可以以图中所记载之外的顺序来发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两幅图事实上可以实质上 同时执行或有时以相反的顺序来执行。示例实施例可以利用传感器阵列，使用宽带RF探测信号，感测到结构(如，建筑结 构)内的改变。可以沿建筑外侧的发送/接收(Tx/Rx)驱动路径来拍摄多个波束成形快照 (例如，在模式识别问题的“特征提取”步骤中)，以形成统一的整体建筑特征轨迹。谱图(例如，与被用来显示分析语音模式的谱图相类似的谱图，该谱图由强度关 于时间和频率逐渐改变的二维图所构成)可被用做对内部建筑结构的显示。存在着很好地 建立的数字信号处理技术，用于分析和识别谱图模式，这些技术包括动态时间规整(DTW)、 隐马尔可夫模型(HMM)等等。可以使用“点”类型的显示，该显示将波束成形器的输出幅度 在一个维度上以关于角度的强度示出，在另一个维度上以关于沿驱动路径的距离示出，该 显示增加色彩来表示路径时间延迟。可以针对每个建筑或感兴趣的结构收集点类型的显示 特征轨迹并将其保存在文件上，和/或间隔性地监控以检测建筑或结构内的显著变化。示例实施例可使用射线跟踪方法，以开发和仿真利用对实际建筑的物理测量的点 显示，从而产生关于沿驱动路径的多个正在移动的Tx/Rx位置的后向散射数据。可对根据 物理测量的数据进行处理(例如，使用Matlab的标准程序)，以显示射线路径、路径损耗、仿 真的波束成形响应的动态图和/或复合图显示。可以对仿真进行开发来确定放置在建筑内 的物品阻塞的可检测性，以及已建立的对驱动路径扰动的鲁棒性。当Tx/Rx位置沿驱动路径移动时，来自于由内部建筑墙体形成的角的镜面反射形 成唯一的鲁棒的特征轨迹。例如，下面将讨论来自于单个角的二维镜面反射的几何关系，作 为所期望的响应的示例。这些镜面反射的特征行为将在后续用来解释随后将要讨论的点状 图。如上看到的，图1示出了来自于由两面墙的交接所形成的双面角的反射的整体几 何关系。射线在χ轴上从x-d/2处以特定的到达角θ向从在(0，R)处的拐角发射，以使得 反射射线可以到达在x+d/2处的接收机。针对给定的Tx/Rx χ轴间隔d和y轴范围R，到达 角θ是根据该几何关系唯一确定的，这在下面的等式(1)和O)中进行了示意。Tx/Rx χ 轴间隔d可以是χ轴上在射线的发射(由x-d/2来指示)和位于x+d/2处的接收机之间的 距离，χ是Tx和Rx射线的中点。范围R可以是y轴上从驱动路径到平行面对的建筑墙面 的距离。假定χ ( -d/2，反射从在墙面交接点的左侧的拐角而来。图1中从(x，0)到(0， R)的虚线是Tx和Rx射线之间的中线。我们看到，依照以下的公式来计算tan θ
权利要求
1.一种方法，包括从沿驱动路径的多个发射位置发射信号；在沿驱动路径的多个接收位置接收发射信号的反射；以及基于在每个接收位置处的反射的到达角，形成特征轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征轨迹包括关于沿驱动路径的每个反射 的相应发射位置和相应接收位置的距离的、在每个接收位置处的反射的到达角。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据以下等式计算每个反射的每个到达角COS知「Sgn(X)，丨 ^d Φ+ R2/x2 Ix^ 2其中，θ是特定反射的到达角，X是相应接收位置的X轴位置，d是沿X轴范围的、沿针 对所述特定反射的相应发射位置和相应接收位置之间的驱动路径的距离，以及R是沿y轴 从驱动路径到所述特定反射的反射点的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征轨迹包括在沿驱动路径的每个接收位 置处接收到的反射的强度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征轨迹包括关于相应发射信号的发射时 间的、在沿驱动路径的每一个接收位置处接收到的反射的路径延迟。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将特征轨迹表示为关于沿驱动路径的每个接收位置处的每个反射的相应发射位置和 相应接收位置的驱动路径上的距离的、每个接收位置处的反射的到达角的点状图，以色彩 来指示接收到的反射的路径延迟，所述路径延迟与相应发射信号的发射时间有关。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述色彩的强度指示在沿驱动路径的每个接收 位置处接收到的反射的强度。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，根据接收到的反射的到达角的函数来计算路径 损耗，所述路径损耗是发射信号的强度和接收到的反射的强度之差。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括沿驱动路径执行波束成形，以获取针对所述特征轨迹的接收到的反射。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括针对每个相应发射/接收位置对，将接收到的反射的到达角分布到矩阵的列的多个区 间上，所述区间被反射的复路径幅度所填充，矩阵的每列与单个发射/接收位置对相对应。
全文摘要
本发明涉及宽带RF检测方法。该方法可包括从沿驱动路径的多个发射位置发射信号。在沿驱动路径的多个接收位置接收发射信号的反射。基于在每个接收位置处的反射的到达角，形成特征轨迹。特征轨迹包括关于沿每一个反射的相应发射位置和相应接收位置的驱动路径的距离的、在每个接收位置处的反射的到达角。
文档编号G01S13/89GK102047142SQ200980119758
公开日2011年5月4日 申请日期2009年1月21日 优先权日2008年5月30日
发明者丹尼斯·雷蒙德·摩根 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司
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