Through-Wall Human Tracking Using USRP-Based Dual Frequency Continuous Wave Radar

Yuexia Wang

doi:10.1109/TAES.2025.3644286

2025-12-16

PRE

Yuexia Wang

雷磊 (Lei Lei)

Sirajudeen Gulam Razul

Abdulkadir C. Yücel

DOI：10.1109/TAES.2025.3644286

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摘要

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穿墙雷达在非侵入式检测和跟踪墙体后的人体方面发挥着关键作用，其应用包括监控、应急响应和智能室内环境。本研究探讨了科学问题：即使用与商用通信硬件兼容的低功率、窄带雷达系统进行可靠的多人体目标感知是否可行。具体而言，我们提出了一种基于双频连续波（DFCW）雷达的鲁棒双雷达框架，用于穿墙多目标跟踪，该框架部署在采样率低于30 Msps、发射功率为20 dBm的软件定义无线电（SDR）平台上。该系统通过相位差测量实现高分辨率距离估计，并引入了一种基于多普勒的信号分离方法，以在慢时间和多普勒频率域中分离多个移动目标。为减轻目标运动动力学和测量噪声导致的轨迹退化，我们提出了一种两阶段距离精化技术，该技术结合了基于中值统计的鲁棒离群值检测与通过$\ell _{1}$-范数最小化实现的稀疏信号重构。利用两个空间分离的SDR基雷达融合的距离测量结果，通过几何三角测量进行二维定位，随后采用卡尔曼滤波进行轨迹平滑。采用通用软件无线电外设（USRPs）在非穿墙和穿墙环境中的实验结果表明，与常规雷达系统相比，所提出的方法显著提高了目标分离、定位精度和轨迹连续性。重建的轨迹与真实值高度吻合，验证了使用低功率、窄带、通信级雷达进行有效穿墙感知的可行性。

Keyword:

Doppler separation

dual-frequency continuous wave (DFCW)

Kalman filter

multitarget tracking

software-defined radar (SDR)

sparse signal recovery

through-wall radar (TWR)

time frequency analysis

universal software radio peripheral (USRP)