專利名稱：寬帶rf檢測的制作方法
寬帶RF檢測政府合同在國防部高級研究計劃局(DARPA)所授予的合同HROO11-06-C-0110，子合同 061033的約束下，本發明受政府的支持而完成。政府具有該發明的特定權利。
背景技術：
穿墻雷達傳感已被考慮用于從單方面對建筑內相對小的區域上的對象進行成像。 然而，常規的穿墻傳感缺乏針對有意義的建筑寬度特征化的能力。合成孔徑雷達(SAR)技術已被用來從多個方面重建建筑的外部。然而，常規的SAR 技術缺乏針對有意義的建筑寬度特征化的能力。
發明內容
本發明涉及寬帶RF檢測方法。在一個實施例中，該方法包括從沿驅動路徑的多個 發射位置發射信號。在沿驅動路徑的多個接收位置接收發射信號的反射。基于在每個接收 位置處的反射的到達角，形成特征軌跡(signature)。特征軌跡包括關于沿每一個反射的相應發射位置和相應接收位置的驅動路徑的 距離的、在每個接收位置處的反射的到達角。特征軌跡包括關于相應發射信號的發射時間的、在沿驅動路徑的每一個接收位置 處接收到的反射的路徑延遲。將特征軌跡表示為關于沿驅動路徑的每個接收位置處的每個反射的相應發射位 置和相應接收位置的驅動路徑上的距離的、每個接收位置處的反射的到達角的點狀圖。色 彩用于指示接收到的反射的路徑延遲。沿驅動路徑執行波束成形，以獲取針對所述特征軌跡的接收到的反射。將接收到 的反射的到達角分布到針對每個相應發射/接收位置對的矩陣的列的多個區間(bin)上， 所述區間被反射的復路徑幅度所填充，矩陣的每列與單個發射/接收位置對相對應。通過對反射的到達角的軌跡進行匹配以標識結構內的角，基于特征軌跡來推斷結 構的內部。
本專利或申請文件包含至少一幅彩色執行的圖。該專利或專利申請公開具有彩圖 的副本將基于請求并在支付必需費用的情況下由官方提供。從下面給出的詳細描述和附圖中，示例實施例將被更充分地理解，其中，相同的組 成部分由相同的參考數字表示，附圖僅以示意的方式給出并因此不是對本發明的限制，其 中圖1示意了來自于由兩面墻的交接所形成的雙面角的反射的整體幾何關系；圖2示意了其曲率取決于比率R/d的角度余弦軌跡的歸一化圖；圖3A-3C分別示意了示例建筑的頂視圖、側視圖和前視圖4A-4C分別示意了針對如=1，10，21的三個示例射線框；圖5示意了針對圖4A中包含的示例，路徑損耗對量化的AoA余弦的關系曲線；圖6示意了 64長度的布萊克曼窗的快速傅里葉變換的示例；圖7示意了與圖5相相應的示例仿真波束成形響應序列的一幀；圖8示意了示例路徑延遲的色調飽和度值(hsv)彩圖；圖9A示意了對針對空建筑，沿驅動路徑的示例仿真波束成形快照的強度進行示 出的點狀圖；圖9B示意了對針對圖9A中的建筑增加了阻塞物，沿驅動路徑的示例仿真波束成 形快照的強度進行示出的點狀圖；圖9C示意了對圖9A中描繪的點和圖9B中描繪的點之間的差別進行示出的點狀 圖；以及圖10A-10C分別示出了對沿(a) χ、(b) y和(c) ζ維度的驅動路徑中0. Im的變化的 效果進行示意的圖。
具體實施例方式現將參考附圖更完整地描述本發明的各種示例實施例，在附圖中示出了本發明的 一些示例實施例。在附圖中，為了清楚起見，對層的厚度和區域進行了放大。在此公開了本發明的詳細示意性實施例。然而，出于描述本發明的示例實施例的 目的，在此公開的特定結構和功能細節僅是代表性的。然而，可以用很多備選的形式來實施 本發明，而不應解釋為僅限于在此闡述的實施例。相應地，在本發明的示例實施例能夠被進行各種修改和處于備選形式時，其實施 例通過圖中的示例的方式來示出，并將在此進行詳細描述。然而，應該理解，沒有將本發明 的示例實施例限制在所公開的具體形式的意圖，相反，本發明的示例實施例要覆蓋所有落 在本發明范圍內的修改、等效和備選。相同的編號指的是全部圖的描述中相同的元件。應該理解，雖然在此可使用術語第一、第二等來描述各種元素，但是這些元素不應 被這些術語所限制。這些術語僅被用來將一個元素與另一個元素區分開。例如，在不背離 本發明的示例實施例的范圍的情況下，可以將第一元素稱為第二元素，并且類似地，可以將 第二元素稱為第一元素。此處使用的數據“和/或”包括一個或多個相關聯的被列出的項 目的任何組合和所有組合。應該理解，當稱元素與另外的元素“相連接”或“耦合”時，可以是直接連接或耦合 到該另外的元素或者可以存在中間元素。相反，當稱元素與另外的元素“直接連接”或“直 接耦合”時，沒有中間元素存在。其它被用來描述元素間關系的詞語應被以相同的方式來解 釋(例如，“之間”之于“之間直接地”、“相鄰”之于“直接相鄰”等)。在此使用的術語是僅用于描述具體實施例的目的，而不是旨在限制本發明的示例 實施例。除非上下文進行了清楚地指示，在此使用的單數形式“一”以及“該”也旨在包括 復數形式。還應該理解，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“正包括”、“包含”和/ 或“正包含”被用來指定所聲明的特征、整數、步驟、操作、元素和/或組件的存在，而不是妨 礙一個或多個其它特征、整數、步驟、操作、元素和/或組件的存在或增加。還應該注意到，在一些備選實施例中，所提到的功能/動作可以以圖中所記載之外的順序來發生。例如，取決于所涉及的功能/動作，連續示出的兩幅圖事實上可以實質上 同時執行或有時以相反的順序來執行。示例實施例可以利用傳感器陣列，使用寬帶RF探測信號，感測到結構(如，建筑結 構)內的改變。可以沿建筑外側的發送/接收(Tx/Rx)驅動路徑來拍攝多個波束成形快照 (例如，在模式識別問題的“特征提取”步驟中)，以形成統一的整體建筑特征軌跡。譜圖(例如，與被用來顯示分析語音模式的譜圖相類似的譜圖，該譜圖由強度關 于時間和頻率逐漸改變的二維圖所構成)可被用做對內部建筑結構的顯示。存在著很好地 建立的數字信號處理技術，用于分析和識別譜圖模式，這些技術包括動態時間規整(DTW)、 隱馬爾可夫模型(HMM)等等。可以使用“點”類型的顯示，該顯示將波束成形器的輸出幅度 在一個維度上以關于角度的強度示出，在另一個維度上以關于沿驅動路徑的距離示出，該 顯示增加色彩來表示路徑時間延遲。可以針對每個建筑或感興趣的結構收集點類型的顯示 特征軌跡并將其保存在文件上，和/或間隔性地監控以檢測建筑或結構內的顯著變化。示例實施例可使用射線跟蹤方法，以開發和仿真利用對實際建筑的物理測量的點 顯示，從而產生關于沿驅動路徑的多個正在移動的Tx/Rx位置的后向散射數據。可對根據 物理測量的數據進行處理(例如，使用Matlab的標準程序)，以顯示射線路徑、路徑損耗、仿 真的波束成形響應的動態圖和/或復合圖顯示。可以對仿真進行開發來確定放置在建筑內 的物品阻塞的可檢測性，以及已建立的對驅動路徑擾動的魯棒性。當Tx/Rx位置沿驅動路徑移動時，來自于由內部建筑墻體形成的角的鏡面反射形 成唯一的魯棒的特征軌跡。例如，下面將討論來自于單個角的二維鏡面反射的幾何關系，作 為所期望的響應的示例。這些鏡面反射的特征行為將在后續用來解釋隨后將要討論的點狀 圖。如上看到的，圖1示出了來自于由兩面墻的交接所形成的雙面角的反射的整體幾 何關系。射線在χ軸上從x-d/2處以特定的到達角θ向從在(0，R)處的拐角發射，以使得 反射射線可以到達在x+d/2處的接收機。針對給定的Tx/Rx χ軸間隔d和y軸范圍R，到達 角θ是根據該幾何關系唯一確定的，這在下面的等式(1)和O)中進行了示意。Tx/Rx χ 軸間隔d可以是χ軸上在射線的發射(由x-d/2來指示)和位于x+d/2處的接收機之間的 距離，χ是Tx和Rx射線的中點。范圍R可以是y軸上從驅動路徑到平行面對的建筑墻面 的距離。假定χ ( -d/2，反射從在墻面交接點的左側的拐角而來。圖1中從(x，0)到(0， R)的虛線是Tx和Rx射線之間的中線。我們看到，依照以下的公式來計算tan θ
權利要求
1.一種方法，包括從沿驅動路徑的多個發射位置發射信號；在沿驅動路徑的多個接收位置接收發射信號的反射；以及基于在每個接收位置處的反射的到達角，形成特征軌跡。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特征軌跡包括關于沿驅動路徑的每個反射 的相應發射位置和相應接收位置的距離的、在每個接收位置處的反射的到達角。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，根據以下等式計算每個反射的每個到達角COS知「Sgn(X)，丨 ^d Φ+ R2/x2 Ix^ 2其中，θ是特定反射的到達角，X是相應接收位置的X軸位置，d是沿X軸范圍的、沿針 對所述特定反射的相應發射位置和相應接收位置之間的驅動路徑的距離，以及R是沿y軸 從驅動路徑到所述特定反射的反射點的距離。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特征軌跡包括在沿驅動路徑的每個接收位 置處接收到的反射的強度。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特征軌跡包括關于相應發射信號的發射時 間的、在沿驅動路徑的每一個接收位置處接收到的反射的路徑延遲。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括將特征軌跡表示為關于沿驅動路徑的每個接收位置處的每個反射的相應發射位置和 相應接收位置的驅動路徑上的距離的、每個接收位置處的反射的到達角的點狀圖，以色彩 來指示接收到的反射的路徑延遲，所述路徑延遲與相應發射信號的發射時間有關。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述色彩的強度指示在沿驅動路徑的每個接收 位置處接收到的反射的強度。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，根據接收到的反射的到達角的函數來計算路徑 損耗，所述路徑損耗是發射信號的強度和接收到的反射的強度之差。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括沿驅動路徑執行波束成形，以獲取針對所述特征軌跡的接收到的反射。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括針對每個相應發射/接收位置對，將接收到的反射的到達角分布到矩陣的列的多個區 間上，所述區間被反射的復路徑幅度所填充，矩陣的每列與單個發射/接收位置對相對應。
全文摘要
本發明涉及寬帶RF檢測方法。該方法可包括從沿驅動路徑的多個發射位置發射信號。在沿驅動路徑的多個接收位置接收發射信號的反射。基于在每個接收位置處的反射的到達角，形成特征軌跡。特征軌跡包括關于沿每一個反射的相應發射位置和相應接收位置的驅動路徑的距離的、在每個接收位置處的反射的到達角。
文檔編號G01S13/89GK102047142SQ200980119758
公開日2011年5月4日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年5月30日
發明者丹尼斯·雷蒙德·摩根 申請人:阿爾卡特朗訊美國公司