基于毫米波设备的远距离多目标追踪算法研究

各类定位追踪方法的发展,促进了各类应用的兴起,这其中包括智能家居、虚拟现实以及安全监控.无线定位追踪算法也是物联网技术、乃至计算机领域研究的重点方向之一.相比于视觉、激光等方法,基于无线信号的定位追踪方法,由于受环境影响小,并且能够有效地保护人员的隐私信息,因而逐渐受到研究者们的关注.部分方法不需要目标携带特定的硬件设备,就能获取移动目标在不同时刻的位置.然而,大部分的方法不能满足部分工业应用的需求,这些工业应用要求在超过10m的距离下能够达到厘米级别的精度.相比于近距离的情况,远距离的定位追踪面临着两个亟待解决的挑战:一方面,当目标距离设备较远时,周围的静态物体以及目标的二次反射等干扰将会增强,这对定位系统的性能造成了严重的影响;另一方面,多个目标可能同时出现在监控区域中,它们的反射混叠在一起,使得多目标的定位更加困难.在本文中,我们提出了 mi-Track,这是第一个基于毫米波设备实现设备无依赖的多目标远距离追踪并达到厘米级精度的方法.mi-Track工作在商用毫米波设备上,并且通过提取距离速度谱进行追踪.为了减少静态物体、二次反射等干扰的影响,mi-Track提出了移动目标敏感的粒子滤波算法,来实现单目标远距离高精度的连续追踪.考虑到移动过程中距离和速度的连续性,在追踪过程中我们同时利用了毫米波设备的量测值和上一时刻的预测值来调整粒子,并通过粒子的初始化策略使得系统更关注于移动目标,从而进一步减少了环境干扰的影响.在此基础上,我们依次检测多个目标并通过轨迹融合匹配算法,对属于单个目标的多段轨迹进行合并,实现了多目标的计数和追踪.我们将mi-Track部署到了商用毫米波设备上,并在三个场景中进行实验.实验结果表明,mi-Track的平均定位误差为2.4cm,相比于已有工作,误差降低了 82.9％.特别地,当目标和设备的距离超过10m时,mi-Track的平均定位误差为6.0cm,定位精度仍然达到了厘米级别.