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    重庆时时彩后二70注: 多目标检测的雷达传感器网络部署方法.pdf

    关 键 词:
    多目标 检测 雷达 传感器 网络 部署 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410177278.6

    申请日:

    2014.04.29

    公开号:

    CN103945400A

    公开日:

    2014.07.23

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H04W 16/18申请公布日:20140723|||实质审查的生效IPC(主分类):H04W 16/18申请日:20140429|||公开
    IPC分类号: H04W16/18(2009.01)I; G01S13/00 主分类号: H04W16/18
    申请人: 电子科技大学
    发明人: 梁菁; 杨玲; 刘洋; 李玲; 刘淼; 刘伟伟
    地址: 611731 四川省成都市高新西区西源大道2006号
    优先权:
    专利代理机构: 成都华典专利事务所(普通合伙) 51223 代理人: 徐丰
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410177278.6

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.01.09|||2014.08.20|||2014.07.23

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种多目标检测的雷达传感器网络部署方法,属于雷达传感器网络目标检测领域,包括雷达传感器网络DDS布站方法和BT多跳融合算法,其中DDS布站方法将监测区域视为适当的矩形并根据雷达传感器资源情况对监测区域进行均匀覆盖,BT多跳融合算法将多个雷达传感器的信息通过多跳的传输方式有效的融合到一起,最后进行综合判决。本发明包括DDS布站方法和BT多跳融合算法,DDS布站方法将雷达传感器均匀部署于监测区域,可有效监测该区域,并有效的提高了目标检测概率;BT多跳融合算法把融合算法与雷达传感器网络结合起来,将网络中多个雷达的检测结果进行融合,使目标检测结果更好。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,包括雷达传感器网络DDS布站方法和BT多跳融合算法,其中DDS布站方法将监测区域视为适当的矩形并根据雷达传感器资源情况对监测区域进行均匀覆盖,BT多跳融合算法将多个雷达传感器的信息通过多跳的传输方式有效的融合到一起,最后进行综合判决。

    2.  根据权利要求1所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,所述DDS布站方法,包括以下步骤:
    步骤一、确定部署间隔R
    其中,[*]为向上取整、N为预部署雷达的个数、L为矩形长度、W为矩形宽度、R为部署间隔,据N、L、W估算出部署间隔R;
    步骤二、确定检测区域内的重要交点
    以矩形左下角顶点K为起点,将底边以R为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和135°的射线,直到与矩形边相交;以K为起点,将左边以为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和0°的射线,直到与矩形边相交,以形成多个镶嵌的菱形;
    步骤三、从步骤二中形成的交点里选出矩形框内的交点,放置本地雷达传感器的位置;
    步骤四、选择布置融合中心的位置
    在上述的交点和各个菱形的几何中心中选出最接近矩形中心的点布置融合中心。

    3.  根据权利要求2所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,本地雷达传感器的无线信号传输衰减特征,pass-loss信道模型,接收信号功率为:
    Pr=Ptd2α]]>
    其中,Pt是发送功率、d是雷达和目标直接距离、G是雷达天线增益、δ是雷达截面积、α是无线信道中的衰减系数。

    4.  根据权利要求2所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,本地雷达传感器的虚警概率Pfk和检测概率Pdk为
    Pfk=∫T12πσexp(-xk22σ2)dxk]]>
    Pdk=∫T∫T1kT2kf(Ark)12πσexp(-(xk-Ark)22σ2)dArkdxk]]>
    其中,噪声假设为方差为σ2的高斯白噪声,xk表示第k个本地RS接收到的回波,Ark是没有噪声时第k个RS的回波信号幅度,Ark的概率密度函数可以用f(Ark)表示,它与RS的位置有关,可由仿真得出,T1k和T2k是第k个传感器的最小接收幅度和最大接收幅度。

    5.  根据权利要求1所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,所述BT多跳融合算法,包括以下步骤:
    步骤一、每个雷达传感器发送相互独立的、幅度为Aa的信号出去,并接收回波信号;
    步骤二、每个雷达传感器根据各自的回波信号做本地二进制判决:当判断为有目标的时候,无目标时,
    步骤三、每个雷达传感器将通过pass-loss衰落信道,经多跳中继节点路由至汇聚节点,每个中继节点对接收的信号做一个二进制判决,并发送信号
    μki=sign(vki-1hki-1+nki-1)]]>
    vki=Abμki]]>
    步骤四、最终将决策信息发送至融合中心,yk为融合中心接收到的来自第k 个雷达传感器的信号:
    yk=AbμkMkhkMk+nkMk]]>
    其中,Ab为数据传输过程中的发射信号幅度,Mk指出了第k个本地RS与融合中心之间的跳数,是由第k个本地RS发送至融合中心所经历第i跳时的信道增益,为第k个本地RS发送的信号在第i跳时经历的噪声,yk是融合中心收到的来自第k个RS的判决信息。
    步骤五、融合中心接收到的所有yk,最终做出监测范围内是否有目标的综合判断。

    6.  根据权利要求5所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,当确定时,yk服从均值为方差为σ2的高斯分布。

    7.  根据权利要求5所述的多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,根据融合中心接收信号yk的特性可得,最有效的LR融合统计试为:
    Λ=Πk=1N-1Pdk(c)+(1-Pdk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2)Pfk(c)+(1-Pfk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2),]]>其中,Pdk(c)=P(μkMk=+1|H1),Pfk(c)=]]>P(μkMk=+1|H0)]]>

    说明书

    说明书多目标检测的雷达传感器网络部署方法
    技术领域
    本发明涉及一种多目标检测的雷达传感器网络部署方法,运用于雷达传感器网络部署和信息融合领域仿真,旨在提高多目标检测的检测概率,属于雷达传感器网络目标检测领域。
    背景技术
    雷达传感网(RSN)是由多个相互协作的分布式雷达组成的,他们被广泛部署于大范围的空气中、地面上和无人车辆中。分布式雷达传感器是一个独立的小系统,它发送知道形状的波,然后接收来自目标和障碍物的回波。雷达传感器具有雷达传感,信号处理和无线通信的能力。在该网络中,各个雷达传感器收集信息,做出初步的判决,并通过一定的路由规则进行传递,最终由融合中心进行综合处理、控制和管理,并实现如检测、定位、识别、分类和跟踪等任务。他们被用来监视大面积区域,他们能够从多个不同的角度观察目标。
    在资源有限的雷达传感网中,布站策略能有效提高目标检测概率和节约资源,是雷达传感网是否成功实施的关键。雷达传感网作为一种特殊的传感器网络引起了国内外专家的广泛兴趣,但对于雷达传感网部署的研究非常少。
    发明内容
    针对上述现有技术,本发明要解决的技术问题是如何提供一种多目标检测的雷达传感器网络部署方法,提高多目标检测的检测概率,降低虚警概率。
    为了解决上述技术问题,达到实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
    多目标检测的雷达传感器网络部署方法,其特征在于,包括雷达传感器网络DDS布站方法和BT多跳融合算法,其中DDS布站方法将监测区域视为适当的矩形并根据雷达传感器资源情况对监测区域进行均匀覆盖,BT多跳融合算法将多个雷达传感器的信息通过多跳的传输方式有效的融合到一起,最后进行综合判决。
    本发明中的DDS布站方法,包括以下步骤:
    步骤一、确定部署间隔R
    N≈[LR]*[WR/2]]]>
    其中,[*]为向上取整、N为预部署雷达的个数、L为矩形长度、W为矩形宽度、R为部署间隔,据N、L、W估算出部署间隔R;
    步骤二、确定检测区域内的重要交点
    以矩形左下角顶点K为起点,将底边以R为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和135°的射线,直到与矩形边相交;以K为起点,将左边以为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和0°的射线,直到与矩形边相交,以形成多个镶嵌的菱形;
    步骤三、选择放置本地雷达传感器的位置
    从步骤二中形成的交点里选出矩形框内的交点,用于放置雷达传感器;
    步骤四、选择布置融合中心的位置
    从上述的交点和各个菱形的几何中心中选出最接近矩形中心的点,用于放置融合中心;
    优选的,本发明基于无线信号传输的衰减特征,pass-loss信道模型,接收信号功率为:
    Pr=Ptd2α]]>
    其中,Pt是发送功率、d是雷达和目标直接距离、G是雷达天线增益、δ是雷达截面积、α是无线信道中的衰减系数。
    优选的,单个本地雷达传感器的虚警概率Pfk和检测概率Pdk为
    Pfk=∫T12πσexp(-xk22σ2)dxk]]>
    Pdk=∫T∫T1kT2kf(Ark)12πσexp(-(xk-Ark)22σ2)dArkdxk]]>
    其中,噪声假设为方差为σ2的高斯白噪声,xk表示第k个本地RS接收到的回波,Ark是没有噪声时第k个RS的回波信号幅度,Ark的概率密度函数可以用f(Ark)表示,它与RS的位置有关,可由仿真得出,T1k和T2k是第k个传感器的最小接收幅度和最大接收幅度。
    本发明中的BT多跳融合算法,包括以下步骤:
    步骤一、每个雷达传感器发送相互独立的、幅度为Aa的信号出去,并接收回波信号;
    步骤二、每个雷达传感器根据各自的回波信号做本地二进制判决:当判断为有目标的时候,无目标时,
    步骤三、每个雷达传感器将通过pass-loss衰落信道,经多跳中继节点路由至汇聚节点,每个中继节点对接收的信号做一个二进制判决,并发送信号
    μki=sign(vki-1hki-1+nki-1)]]>
    vki=Abμki]]>
    步骤四、最终将决策信息发送至融合中心,yk为融合中心接收到的来自第k个雷达传感器的信号:
    yk=AbμkMkhkMk+nkMk]]>
    其中,Ab为数据传输过程中的发射信号幅度,Mk指出了第k个本地RS与融合中心之间的跳数,是由第k个本地RS发送至融合中心所经历第i跳时的信道增益,为第k个本地RS发送的信号在第i跳时经历的噪声,yk是融合中心收到的来自第k个RS的判决信息。
    步骤五、融合中心接收到的所有yk,最终做出监测范围内是否有目标的综合 判断。
    优选的,当确定时,yk服从均值为方差为σ2的高斯分布。
    优选的,根据融合中心接收信号yk的特性可得,最有效的LR融合统计试为
    Λ=Πk=1N-1Pdk(c)+(1-Pdk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2)Pfk(c)+(1-Pfk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2)]]>
    其中,Pdk(c)=P(μkMk=+1|H1),Pfk(c)=P(μkMk=+1|H0).]]>
    与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
    一、本发明针对雷达传感器网络多目标检测,提出DDS布站方式,将雷达传感器均匀部署于监测区域,可有效监测该区域,并有效的提高了目标检测概率。
    二、本发明提出的DDS布站方式,能够根据雷达传感器资源限制,选取最合适的雷达传感器部署个数。
    三、本发明针对雷达传感器网络多目标检测,提出BT多跳融合算法,把融合算法与雷达传感器网络结合起来,将网络中多个雷达的检测结果进行融合,使该系统的目标检测结果更好。
    附图说明
    图1本发明中DDS部署方式部署的雷达传感器网络;
    图2本发明中Probability of detection vs.channel SNR when N=30曲线;
    图3本发明中when N=30ROC曲线。
    具体实施方式
    下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
    本发明多目标检测的雷达传感器网络部署方法,包括雷达传感器网络DDS布站方法和BT多跳融合算法,其中DDS布站方法将监测区域视为适当的矩形并根据雷达传感器资源情况对监测区域进行均匀覆盖;BT多跳融合算法将多个雷达传感器的信息通过多跳的传输方式有效的融合到一起,最后进行综合判决。具体方案为:
    本发明将检测区域近似为矩形S(L*W),L和W分别是矩形的长和宽。在该 区域中,有N个雷达传感器将被部署并组成对目标区域进行检测的雷达传感器网络。其中N-1个雷达传感器作为本地传感器独立的发送接收信号,并做出是否有目标存在的独立判决,然后将这些判决通过路由转发给融合中心(剩下的那一个)。在本网络中,本地雷达传感器既独立检测目标是否存在,也作为路由器向融合中心转发数据。
    根据无线信号传输的衰减特征,pass-loss信道模型,接收信号功率为:
    Pr=Ptd2α]]>
    其中,Pt是发送功率、d是雷达和目标直接的距离、G是雷达天线增益、δ是雷达截面积。
    由上可得,返回到第K个传感器的信号幅度为其中dk是目标到第K个传感器的距离。当该雷达传感器的位置固定时,Ark的pdf为f(Ark)。所以,单个本地雷达传感器的虚警概率Pfk和检测概率Pdk为
    Pfk=∫T12πσexp(-xk22σ2)dxk]]>
    Pdk=∫T∫T1kT2kf(Ark)12πσexp(-(xk-Ark)22σ2)dArkdxk]]>
    可以根据Pfk轻松的求得T,而T1k和T1k是被第K个传感器接收的最小和最大幅值。
    本发明中,使用DDS布站方法部署N个雷达传感器,包括以下步骤:
    步骤一、确定部署间隔R
    N≈[LR]*[WR/2]]]>
    其中N为预部署雷达的个数、L为矩形长度、W为矩形宽度、R为部署间隔,根据N、L、W估算出部署间隔R;
    步骤二、确定检测区域内的重要交点
    以矩形左下角顶点K为起点,将底边以R为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和135°的射线,直到与矩形边相交;以K为起点,将左边以为长度等分,分别以这些等分点为起点,做与底边成45°和0°的射 线,直到与矩形边相交,以形成多个镶嵌的菱形;
    步骤三、选择放置本地雷达传感器的位置
    从上一步骤中形成的交点里选出矩形框内的交点,用于放置雷达传感器;
    步骤四、选择布置融合中心的位置
    从上述的交点和各个菱形的几何中心中选出最接近矩形中心的点,用于放置融合中心。图1所示为部署N=30个雷达传感器时的部署情况。
    部署雷达传感器网络完毕后,雷达传感器检测目标并通过BT多跳融合算法做出综合判决,包括以下步骤:
    步骤一、每个雷达传感器发送相互独立的,幅度为Aa的信号出去,并接收的回波信号;
    步骤二、每个雷达传感器根据各自的回波信号做本地二进制判决:当判断为有目标的时候,无目标时,
    步骤三、每个雷达传感器将通过pass-loss衰落信道,经多跳中继节点路由至汇聚节点,每个中继节点对接收的信号做一个二进制判决,并发送信号
    μki=sign(vki-1hki-1+nki-1)]]>
    vki=Abμki]]>
    步骤四、最终将决策信息发送至融合中心,yk表示融合中心接收到的来自第k个雷达传感器的信号,
    yk=AbμkMkhkMk+nkMk]]>
    步骤五、融合中心接收到的所有yk,最终做出监测范围内是否有目标的综合判断。当确定时,yk服从均值为方差为σ2的高斯分布。
    根据融合中心接收信号yk的特性可得,最有效的LR融合统计试为:
    Λ=Πk=1N-1Pdk(c)+(1-Pdk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2)Pfk(c)+(1-Pfk(c))e-(2ykhkMkAb/σ2)]]>
    其中,Pdk(c)=P(μkMk=+1|H1),Pfk(c)=P(μkMk=+1|H0).]]>
    本发明仿真了雷达传感器网络对矩形区域目标检测的整个系统。图2所示 为N=30时,利用BT融合算法对决策进行融合时,DDS和随机方法部署雷达传感器下的Probability of detection vs.channel SNR曲线。
    图3所示为N=30时,利用BT融合算法对决策进行融合时,DDS和随机方法部署雷达传感器下的ROC曲线。

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