CN104181527A - 室内低速目标入侵检测雷达装置及检测方法 - Google Patents
室内低速目标入侵检测雷达装置及检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104181527A CN104181527A CN201410416107.4A CN201410416107A CN104181527A CN 104181527 A CN104181527 A CN 104181527A CN 201410416107 A CN201410416107 A CN 201410416107A CN 104181527 A CN104181527 A CN 104181527A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- indoor
- signal
- digital
- slower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/886—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for alarm systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/505—Systems of measurement based on relative movement of target using Doppler effect for determining closest range to a target or corresponding time, e.g. miss-distance indicator
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/35—Details of non-pulse systems
- G01S7/352—Receivers
- G01S7/354—Extracting wanted echo-signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
室内低速目标入侵检测雷达装置，包括信号收发部分、数字信号处理器、控制器和报警器；所述信号收发部分由混频器、天线、环形器、耦合器、波形产生器、信号转换支路组成，所述信号转换支路将混频器的输出信号转化为数字中频信号，输入到数字信号处理器，所述数字信号处理器包含存储器，并与控制器数据连接，所述控制器与报警器控制连接。本发明还公开了一种室内低速目标入侵检测方法。本发明相对现有技术，能够检测到室内低速运动的入侵目标；滤除室外目标的干扰，防止误报。
Description
技术领域
本发明属于电子通信领域，涉及一种室内低速目标入侵检测雷达装置及检测方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人们对室内安全的重视程度也日益提高。室内低速目标入侵检测雷达因其能全方位、全天候进行检测的特点，被作为室内低速目标入侵检测的首选工具。
当前，室内低速目标入侵检测雷达主要采用连续波多普勒雷达体制[张睿等，多普勒微波入侵报警探测技术现状及发展方向]。其基本原理是，雷达发射单频连续波信号，当目标相对于雷达存在一个径向运动速度时，雷达发射信号回波的载频相对发射信号的载频产生一个频率偏移，称为多普勒频率，记作f d ；该频率包含了运动目标的径向速度信息，即f d =2v r /λ，其中λ为雷达发射电磁波波长。信号处理通过对多普勒频率的提取即可获得入侵目标的径向速度信息，进而实现室内入侵目标的检测。
图1给出了一种连续波多普勒体制下的室内低速目标入侵检测雷达原理框图[《雷达系统》电子工业出版社（第三版），张明友、汪学刚编著]。信号源产生单频连续波信号，经过耦合器后一路作为混频器的本地振荡信号，一路在环形器的控制下经由天线发射出去。当目标相对于雷达径向以速度v r 运动时，接收部分前端的混频器将天线接收到的回波信号与发射信号的副本进行差拍以形成频率为f d =2v r /λ的差拍信号,其中λ为雷达波长，f d 的正、负号由目标运动方向决定。该信号经多普勒滤波器提取后得到目标的多普勒频率，经计算得到目标的径向运动速度v r ，将结果送至显示器，实现对室内入侵目标的检测。
基于连续波多普勒体制下的室内低速目标入侵检测雷达有其自身的缺陷：（1）因为雷达在检测时依赖于运动目标回波的多普勒信息，所以当目标相对于雷达径向以很低的速率运动时，将难以被检测到；（2）由于微波具有较强的穿透能力，所以在安装雷达时若将其对准室内窗户等易被入侵部位，则易受到室外运动目标的干扰，增加系统的虚警概率。
针对上述缺陷，Foley,E等人在传统连续波多普勒体制的基础上，运用距离截止电路[Foley,E; Harman,K; Cheal,J. Improving intrusion radar detection]使得一定距离以外的目标不会被检测到，但并未克服对径向低速率运动目标的有效检测问题；Vladimir Skvortsov等人提出了距离像的概念，将距离像提取比对的思想运用在室内低速目标入侵检测领域：选取调频连续波（FM-CW）信号体制，通过FFT提取出室内环境的距离像特征，并与无目标入侵时的室内距离像特征相比较，运用汉明距离算法实现入侵目标的检测[Vladimir Skvortsov; KeunMyoung Lee. Radar network node: performances analysis and visualization in indoor environment]。基于该思想进行室内低速目标入侵检测，并未利用运动目标的多普勒信息，因而能够实现对低速运动目标的检测。然而，Vladimir Skvortsov等人仅仅提出了可以利用距离像特征提取比对的思想进行室内低速目标入侵检测，并未给出FM-CW信号具体的频率调制方式，也并未分析不同频率调制方式下雷达所需的瞬时工作带宽；同时，该思想中未考虑室外目标会对检测造成干扰，从而造成雷达系统虚警概率的增加。
发明内容
针对现有技术难以实现对低速运动目标的检测，同时易受到室外移动目标干扰的缺点，本发明公开了一种室内低速目标入侵检测雷达装置及检测方法。
本发明所述室内低速目标入侵检测雷达装置，包括信号收发部分、数字信号处理器、控制器和报警器；
所述信号收发部分由天线、与天线连接的环形器、与环形器连接的耦合器与混频器、与耦合器连接的波形产生器、与混频器输出端连接的信号转换支路组成，所述耦合器还与混频器的本振输入端连接，所述环形器还与混频器的信号输入端连接；
所述信号转换支路将混频器的输出信号转化为数字中频信号，输入到数字信号处理器，所述数字信号处理器与控制器连接，所述控制器与报警器控制连接。
具体的，所述信号转换支路由依次连接的低通滤波器、中频放大器和AD转换器组成；所述低通滤波器的信号输入端和AD转换器的信号输出端分别与混频器和数字信号处理器连接。
具体的，所述波形产生器由依次连接的直接数字频率合成器、混频器、滤波器和放大器组成，还包括与混频器本振输入端连接的本地振荡器；所述控制器分别与直接数字频率合成器、本地振荡器和滤波器连接。
具体的，所述波形产生器由依次连接的频率综合器、倍频器、滤波器和放大器组成，所述频率综合器与控制器控制连接。
优选的，所述控制器上的启动按钮具备系统延时启动功能。
本发明还公开了一种室内低速目标入侵检测方法，利用如上所述的装置，包括如下步骤：
S1.室内取样时，系统利用步进频率连续波生成多次室内距离像特征并取均值，得到室内距离像特征样本Ja；
S2.在工作阶段，雷达利用步进频率连续波提取当前室内环境的距离像特征Jc；
S3.将Jc与Ja 对消，将对消后的距离像特征的最大值H max 与设定的检测门限V T 比较，当H max >V T 时，判决为有目标入侵；控制器控制报警器报警；
所述步骤S1、S2中利用步进频率连续波生成距离像特征的方法为：循环执行下述步骤S11至S14一次或多次，对全部结果取平均值；
S11.波形产生器产生步进频率连续波，经过耦合器后分为A、B两路初始波；
S12.A路通过天线发射后在被监测室内区域产生回波A1，回波A1与B路初始波分别作为输入信号和本振信号输入到信号收发部分中的混频器进行混频，通过信号转换支路转换为数字中频回波信号输入到数字信号处理器；
S13.数字信号处理器对输入的数字中频回波信号进行距离门选通，滤除室外目标干扰；
S14.对步骤S13中距离门选通后的数字中频回波信号的离散时间序列做逆离散傅里叶变换（IDFT），即
对其幅度做归一化处理，分析正频率部分，并取绝对值，得到室内环境的一维距离像特征：
其中N为步进频率数,步进频率间隔为Δf,R为监测距离，c为光速。
具体的，所述步骤S13中的距离门选通具体为：
利用截止频率 ；在数字信号处理器中构建数字低通滤波器，将频率高于截止频率的信号滤除，其中Δf为步进频率间隔, R max 为待监测区域的最大监测长度，c为光速。
优选的，所述步骤S11的初始阶段包括设定延时，延时时间大于系统设置人员退出被监控区域所需要的必要时间，延时之后再开始后续步骤。
优选的，所述步骤S12中混频器接收回波时，忽略回波延时。
优选的，所述步骤S3中对检测门限V T 的设定方法为：系统得到N幅室内距离像特征；将得到的N幅距离像特征依次取邻近两幅两两对消，得到N-1幅对消后的距离像特征，取均值得到Jd；并取Jd最大值的2-3倍作为检测门限 V T ；所述N为大于十的正整数
本发明与现有技术相比具有以下效果：
（1）因为采用的不是连续波多普勒体制，而是采用SF-CW信号体制通过IDFT的方式实现对室内一维距离像特征的提取比对，所以能够检测到室内低速运动的入侵目标；
（2）采用了距离门选通技术，所以在安装时可以对准室内窗户等易被入侵部位，并且能够滤除微波穿透窗户探测到室外目标形成的干扰，防止雷达系统造成误报；
附图说明
图1为现有的连续波多普勒体制的室内低速目标入侵检测雷达原理框图
图2 是基于一维距离像特征的室内低速目标入侵检测雷达原理框图；
图3 是波形产生器组成图；
图4 数字信号处理示意图；
图5场景模拟示意图；
图6室内距离像特征参考样本；
图7无人员入侵时对消后的室内距离像特征；
图8人员相对于雷达9m处对消后的室内距离像特征；
图9 距离门选通电路幅度响应；
图10 人员相距雷达13m处无距离门选通时对消后的情形；
图11 人员相距雷达13m处有距离门选通时对消后的情形；
图12 SF-CW信号的另一种产生方式；
图13 SF-CW信号的时频表示图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案及带来的技术效果，先叙述一下本发明是在什么样的理论和技术背景之下进行的改革和变换。
参照附图1，是一种连续波多普勒体制的室内入侵探测雷达装置。发射部分，信号源产生单频连续波正弦信号，经过耦合器之后，一路作为本地振荡信号，一路在环形器的控制下经由天线发射出去；接收部分，发射信号的回波与本地振荡信号做差拍，由多普勒滤波器提取出运动目标的多普勒信息，实现对室内运动入侵目标的检测。连续波多普勒体制的室内入侵探测雷达会造成对慢速运动目标的漏检和对室外移动目标的虚警。
本发明选取步进调频连续波（SF-CW）信号体制，利用SF-CW体制下差拍后的中频回波信号频率与目标距离成正比的关系设计FIR数字低通滤波器，以滤除室外目标的干扰；对于室内目标，通过对中频回波信号做IDFT的方式室内环境的一维高分辨率距离像特征。按下延时启动按钮后系统得到室内距离像特征样本以及检测门限；在工作阶段，将当前室内环境的距离像特征与距离像特征样本对消，将对消后结果的最大值与设定的检测门限相比较作出判决，实现对室内入侵目标的检测。本发明相对于连续波多普勒体制的室内低速目标入侵检测雷达，在检测机理上，不再利用运动目标的多普勒信息，而是从室内环境的距离像特征入手，基于室内距离像特征提取比对的思想，从波形产生与信号处理两个方面给实施了改进与创新。
在波形产生方面，相对于现有的单频窄带连续波信号，本发明的波形产生器产生大带宽的SF-CW信号，可以获得目标的高分辨率距离像。
在信号处理方面，首先，根据差拍后信号中心频率与目标距离成正比的特点，设计FIR数字低通滤波器以滤除室外目标的干扰；其次对室内目标回波做IDFT得到当前室内环境的高分辨率距离像特征；之后，将该距离像特征与无目标入侵时的室内距离像特征对消，并将对消后距离像特征的最大值与设定的检测门限值相比较，进而做出判决，将结果输入到控制器中，由控制器控制报警器是否报警。
本发明所述室内低速目标入侵检测雷达装置包括信号收发部分、数字信号处理器、控制器和报警器；
所述信号收发部分由天线、与天线连接的环形器、与环形器连接的耦合器、与耦合器连接的波形产生器、与混频器输出端连接的信号转换支路组成，所述耦合器还与混频器的本振输入端连接，所述环形器还与混频器的信号输入端连接。
发射时，控制器10向波形产生器1写入频率控制字使波形产生器产生所需的SF-CW信号，将产生的SF-CW信号输入到耦合器2中，输出的信号一路作为混频器5的本地振荡信号，一路在环形器3的控制下经由天线4发射出去；
上述的接收部分包括同样作为发射部分的环形器3和天线4、混频器5、低通滤波器6、中频放大器7以及A/D转换器8。天线4接收到的回波信号经过环形器3输入到混频器5中，混频器5将输入信号与耦合器2输出的本地振荡信号做差拍，输出的信号经过低通滤波器6滤除信号中的高频分量后得到所需的中频信号，将得到的中频信号经过中频放大器7放大后输入到A/D转换器8中进行A/D转换，进而得到数字中频信号，作为数字信号处理器9的输入；
数字中频信号输入到数字信号处理器9进行如下处理：采用数字低通滤波器实现距离门选通以滤除室外目标的干扰；在收到控制器10的控制存储指令后，通过在数字信号处理器中设计存储器以室内距离像特征样本；对室内目标回波做IDFT（逆离散傅里叶变换），提取出当前室内环境的高分辨率距离像特征；将当前室内环境的距离像特征与无目标入侵时的室内距离像特征样本对消；将对消后距离像特征的最大值与设定的检测门限值相比较，做出判决。
上述的控制部分包括控制器10和报警器11。控制器10有一个系统延时启动设置按钮，延时的目的是使设置的人员有时间退出监测区域，从而保证系统启动初期监测区域处于无人状态，系统在此状态下获得距离像样本与检测门限。系统启动后，控制器10向波形产生器1写入频率控制字以使波形产生器产生所需的SF-CW信号；同时，控制器10向数字信号处理器9发出控制存储指令，以使数字信号处理器9中的存储器开始存储距离像样本。控制器10还用于读取数字信号处理器9的判决结果，并根据判决结果控制报警器11是否报警。
本发明还公开了一种实现室内低速目标入侵检测的方法，即距离像特征提取比对的室内低速目标入侵检测方法。该方法选择SF-CW作为发射波形，附图4给出了该方法的处理流程示意图：首先将得到的数字中频信号经过距离门选通滤波器，滤除室外目标的干扰，只针对室内信号进行检测；其次提取出当前室内环境的距离像特征；再将当前室内环境的距离像特征与无目标入侵时的距离像特征样本对消，将对消后距离像特征的最大值与设定的检测门限相比较，做出判决。
一个具体的实现方式为：
步骤1，SF-CW信号产生：
附图13为SF-CW信号的时频表示图，设SF-CW信号的每个步进的持续时间为T s ,载波起始频率为f 0,则SF-CW信号的时宽为T=NT s ,带宽为B=(N-1)Δf。根据附图2，由控制器10向波形产生器1写入频率控制字以产生SF-CW信号，其一个周期的表达式为：
（1）
其中，A t 为发射信号的幅度，φ i 为第i+1个步进信号的初始相位，并且
（2）
步骤2，SF-CW信号接收：
如附图2所示，对于距离为R处的静止目标，天线4收到的回波信号表示为：
（3）
其中，A r 为回波信号的幅度。
步骤3，混频：
如附图2所示，接收的回波信号在环形器3的控制下输入到混频器5中与本地振荡信号做差拍，得到混频器5的输出信号表示为：
（4）
其中，A o 为混频器输出的信号的幅度；同时，由于回波延时2R/c相对于步进持续时间非常短暂，因此在（4）式rect()的括号中，去掉了回波延时项，忽略其对定义域带来的影响，有利于简化运算步骤。
步骤4，滤波放大：
对于滤波器的输出信号（4），如附图2所示，通过低通滤波器6滤出下混频分量，并经过中频放大器7放大，得到中频信号的表示为：
（5）
其中，A m 为经滤波放大后得到的中频信号的幅度；同样，忽略回波延时2R/c对定义域带来的影响。
步骤5，A/D转换：
对于得到的中频信号（5），以T s 的采样间隔在每个时隙的中点处进行A/D采样，得到中频回波信号的离散时间序列表示为：
（6）
其中，A i 为数字中频信号的幅度。
步骤6，距离门选通：
由（6）式可得离散时间序列角频率与目标距离的关系为：
（7）
所以，设室内长度为R max ，即可确定所设计的数字滤波器的截止角频率为：
（8）
步骤7，室内距离像特征的提取：
对中频回波信号的离散时间序列做N点IDFT离散傅里叶逆变换，即
（9）
对其幅度做归一化处理，分析正频率部分，并取绝对值，得到室内环境的一维高分辨率距离像特征：
（10）
步骤8，距离像对消：
根据步骤1~7提取当前室内环境的距离像特征，并与按下延时启动按钮后获得的距离像特征样本对消，得到对消后的室内距离像特征。
步骤9，检测：
将步骤8中对消后距离像特征的最大值H max 与按下延时启动按钮后获得的检测门限值V T 比较，当H max >V T 时，判决为有目标入侵；当H max <V T 时，判决为无目标入侵；由控制器10根据判决结果控制报警器11是否报警，最终实现室内入侵的检测。
下面结合附图，结合更具体的参数设置对本发明的具体实施方式作更详细的描述：
具体实施例1：贵重物品贮藏室中采用本发明的SF-CW室内低速目标入侵检测雷达
1 系统结构
附图2是本室内低速目标入侵检测雷达设计的原理框图，由波形产生器1，耦合器2，环形器3，天线4，混频器5，低通滤波器6，中频放大器7，A/D转换器8，数字信号处理器9，控制器10和报警器11组成。控制器10向波形产生器1写入频率控制字以产生所需的SF-CW信号，经过耦合器2后，一路作为发射信号在环形器3的控制下经由天线4发射出去，一路作为本地振荡信号。发射信号的回波经天线4接收后在环形器3的控制下输入到混频器5中与本地振荡信号做差拍，得到的中频信号经过低通滤波器6得到下边带分量，将下边带分量输入到中频放大器7中，对放大后的中频信号通过A/D转换器8进行A/D采样，得到中频信号的离散时间序列样本。数字信号处理器9对该离散时间序列样本进行数字信号处理，包括距离门选通、距离像提取存储对消以及检测判决，将判决的结果输入到控制器10中，控制器10根据判决的结果控制报警器11是否报警。
附图3是波形产生器的原理框图，由直接频率合成器DDS、混频器、本地振荡器，滤波器，放大器以及附图2中的控制器组成。控制器向DDS写入频率控制字以使DDS按一定频率间隔跳变的基带信号；同时，控制器控制本地振荡器产生固定本振频率的本振信号，从而将DDS产生的按一定频率跳变的基带信号搬移到本振频率上；经滤波放大后通过频率拼接产生所需的SF-CW信号。
附图4中的距离门选通电路通过FIR数字低通滤波器实现，根据得到的数字中频信号频率与目标距离成正比的特点，由室内的最大距离确定FIR数字低通滤波器的截止频率；采用对得到的数字中频信号做IDFT的方式提取当前室内环境的距离像特征；距离像特征样本与检测门限在按下延时启动按钮后得到；将当前对消后距离像特征的最大值与设定的检测门限相比较，若超过检测门限，则判决为有目标入侵，否则，判决为无目标入侵。
2 场景模拟
采用本发明所述方法的室内低速目标入侵检测雷达可以安装在小型会议室中实现对室内重要资料文件的安全防护。由于是对室内一维距离像特征进行提取比对，所以只需设定会议室的长度，这里，如图5所示，设定贮藏室的长度为12m；并且在仿真时不考虑多径效应带来的影响；安装时，需要将探测雷达对准室内易被入侵部位，本场景中将其对准贮藏室的窗户；同时，为模拟室内环境，可以在室内放置具有一定散射截面积(RCS)的物品以模拟实际的室内环境。本场景中放置3个物品，相对于雷达的距离分别为[6,8,10]m，对应的散射截面积(RCS)分别为[4,1.44,0.5]m 2 ；根据《雷达手册》，当雷达的工作频率为9.375GHz时，相应的人体RCS在0.495m2~1.22m2之间，所以本场景中选择人体的RCS为0.9m2。
3 参数选择
采用步进频率连续波SF-CW信号体制的室内低速目标入侵检测雷达，相关参数选取如下：
载波起始频率f 0 = 9.375GHz，带宽B=0.64GHz，时宽T=1.28ms，步进频率数N = 128，步进频率间隔Δf= 5MHz，步进持续时间T s =20us，中频输出信噪比SNR = 2dB。这里，由于在信号处理时对信号的幅度做了归一化处理，故而在仿真时不给出信号幅度的相关参数，即默认为归一化幅度。
4仿真验证
为了说明本发明相对于现有室内入侵探测雷达的优势，本仿真从以下角度进行验证：
（1）对低速运动目标的检测：
采用连续波多普体制的室内入侵探测雷达，通过对多普勒频率的提取实现对入侵目标的检测。所以当目标以很低的速率缓慢移动时很难被发现。而本发明由于采用了目标一维距离像特征提取比对的思想进行室内入侵目标检测，所以，即使目标静止不动也会被检测到。
图6展示了数字信号处理器9所存储的无目标入侵时的室内距离像特征。该距离像特征是在相对稳定无目标入侵时的室内环境下，通过对100个发射波形回波的距离像取平均得到，以此作为发明内容所公开的算法中无目标入侵时的参考室内距离像特征。图7展示了无目标入侵时对消后的室内距离像特征，图8展示了有入侵人员并且目标相距雷达9m处时对消后的距离像特征。综合分析图7与图8，都是以距离像特征样本作为参考基准，因此根据实际对消后的情况设定相对检测门限为50。
（2）对室外目标的滤除：
本发明选取SF-CW信号体制，利用数字中频回波信号频率与目标距离成正比的特点，根据室内的最大距离确定FIR数字低通滤波器的截止角频率。
具体来说，根据公式（8），这里重写为
代入相关参数值，计算出FIR滤波器的截止频率为ω c =0.8π。选择FIR低通滤波器的阶数为29阶，对应的幅频响应如图9所示。
图10展示了人相距雷达13m处，未进行距离门选通时对消后的距离像特征，可以看出，此时室外目标对检测造成了虚警；图11展示了目标相距雷达13m处，采用距离门选通时对消后的距离像特征。对比图10，图11，所设计的FIR数字低通滤波器能够滤除室外目标的干扰，降低系统的误报率。
具体实施例2：采用本发明雷达装置SF-CW信号的另一种产生方式
图12给出了不同于图3的波形产生器的另一种实现框图，采用频率综合器（FS）加倍频器的方式。由频率综合器（FS），倍频器，滤波器，放大器以及附图2中的控制器构成。控制器向频率综合器（FS）写入频率控制字以产生小带宽的步进频率信号；倍频器对产生的小带宽步进频率信号进行倍增，从而实现频率的扩展；再对频率扩展后的信号进行滤波放大，最终得到所需的SF-CW信号
本发明与现有技术相比具有以下效果：
（1）因为采用的不是连续波多普勒体制，而是采用SF-CW信号体制通过IDFT的方式实现对室内一维距离像特征的提取比对，所以能够检测到室内低速运动的入侵目标；
（2）采用了距离门选通技术，所以在安装时可以对准室内窗户等易被入侵部位，并且能够滤除微波穿透窗户探测到室外目标形成的干扰，防止雷达系统造成误报。
本发明中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.室内低速目标入侵检测雷达装置，其特征在于，包括信号收发部分、数字信号处理器、控制器和报警器；
所述信号收发部分由天线、与天线连接的环形器、与环形器连接的耦合器与混频器、与耦合器连接的波形产生器、与混频器输出端连接的信号转换支路组成，所述耦合器还与混频器的本振输入端连接，所述环形器还与混频器的信号输入端连接；
所述信号转换支路将混频器的输出信号转化为数字中频信号，输入到数字信号处理器，所述数字信号处理器与控制器连接，所述控制器与报警器控制连接。
2.如权利要求1所述的室内低速目标入侵检测雷达装置，其特征在于，所述信号转换支路由依次连接的低通滤波器、中频放大器和AD转换器组成；所述低通滤波器的信号输入端和AD转换器的信号输出端分别与混频器和数字信号处理器连接。
3.如权利要求1所述的室内低速目标入侵检测雷达装置，其特征在于，所述波形产生器由依次连接的直接数字频率合成器、混频器、滤波器和放大器组成，还包括与混频器本振输入端连接的本地振荡器；所述控制器分别与直接数字频率合成器、本地振荡器和滤波器连接。
4.如权利要求1所述的室内低速目标入侵检测雷达装置，其特征在于，所述波形产生器由依次连接的频率综合器、倍频器、滤波器和放大器组成，所述频率综合器与控制器控制连接。
5.如权利要求1所述的室内低速目标入侵检测雷达装置，其特征在于，所述控制器上的启动按钮具备系统延时启动功能。
6.室内低速目标入侵检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任意一项所述的装置，包括如下步骤：
S1.室内取样时，系统利用步进频率连续波生成多次室内距离像特征并取均值，得到室内距离像特征样本Ja；
S2.在工作阶段，雷达利用步进频率连续波提取当前室内环境的距离像特征Jc；
S3.将Jc与Ja 对消，将对消后的距离像特征的最大值H max 与设定的检测门限V T 比较，当H max >V T 时，判决为有目标入侵；控制器控制报警器报警；
所述步骤S1、S2中利用步进频率连续波生成距离像特征的方法为：循环执行下述步骤S11至S14一次或多次，对全部结果取平均值；
S11.波形产生器产生步进频率连续波，经过耦合器后分为A、B两路初始波；
S12.A路通过天线发射后在被监测室内区域产生回波A1，回波A1与B路初始波分别作为输入信号和本振信号输入到信号收发部分中的混频器进行混频，通过信号转换支路转换为数字中频回波信号输入到数字信号处理器；
S13.数字信号处理器对输入的数字中频回波信号进行距离门选通，滤除室外目标干扰；
S14.对步骤S13中距离门选通后的数字中频回波信号的离散时间序列做逆离散傅里叶变换（IDFT），即
对其幅度做归一化处理，分析正频率部分，并取绝对值，得到室内环境的一维距离像特征：
其中N为步进频率数,步进频率间隔为Δf,R为监测距离，c为光速。
7.如权利要求6所述的室内低速目标入侵检测方法，其特征在于，所述步骤S13中的距离门选通具体为：
利用截止频率；在数字信号处理器中构建数字低通滤波器，将频率高于截止频率的信号滤除，其中Δf为步进频率间隔, R max 为待监测区域的最大监测长度，c为光速。
8.如权利要求6所述的室内低速目标入侵检测方法，其特征在于，所述步骤S11的初始阶段包括设定延时，延时时间大于系统设置人员退出被监控区域所需要的必要时间，延时之后再开始后续步骤。
9.如权利要求6所述的室内低速目标入侵检测方法，其特征在于，所述步骤S12中混频器接收回波时，忽略回波延时。
10.如权利要求6所述的室内低速目标入侵检测方法，其特征在于，所述步骤S3中对检测门限V T 的设定方法为：系统得到N幅室内距离像特征；将得到的N幅距离像特征依次取邻近两幅两两对消，得到N-1幅对消后的距离像特征，取均值得到Jd；并取Jd最大值的2-3倍作为检测门限 V T ；所述N为大于十的正整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410416107.4A CN104181527B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 室内低速目标入侵检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410416107.4A CN104181527B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 室内低速目标入侵检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104181527A true CN104181527A (zh) | 2014-12-03 |
| CN104181527B CN104181527B (zh) | 2017-04-05 |
Family
ID=51962725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410416107.4A Active CN104181527B (zh) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | 室内低速目标入侵检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104181527B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044712A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-11-11 | 电子科技大学 | 一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法 |
| CN106646457A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-05-10 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | 基于微波的人员行为检测方法与装置 |
| CN109683169A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-04-26 | 湖南科技大学 | 一种距离测量方法和系统 |
| CN112230209A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-15 | 北京环境特性研究所 | 一种远距离双站rcs测量装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000338231A (ja) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 侵入者検知装置 |
| US6677887B2 (en) * | 2000-10-11 | 2004-01-13 | Southwest Microwave, Inc. | Intrusion detection radar system |
| CN103529444A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-01-22 | 安徽师范大学 | 一种车载毫米波雷达动目标识别器及识别方法 |
| JP2014115214A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Sogo Keibi Hosho Co Ltd | 侵入検知システム及び侵入検知方法 |
| CN103914983A (zh) * | 2014-04-17 | 2014-07-09 | 西安飞达电子科技有限公司 | 一种交通卡口管理雷达装置及实现方法 |
-
2014
- 2014-08-22 CN CN201410416107.4A patent/CN104181527B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000338231A (ja) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 侵入者検知装置 |
| US6677887B2 (en) * | 2000-10-11 | 2004-01-13 | Southwest Microwave, Inc. | Intrusion detection radar system |
| JP2014115214A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Sogo Keibi Hosho Co Ltd | 侵入検知システム及び侵入検知方法 |
| CN103529444A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-01-22 | 安徽师范大学 | 一种车载毫米波雷达动目标识别器及识别方法 |
| CN103914983A (zh) * | 2014-04-17 | 2014-07-09 | 西安飞达电子科技有限公司 | 一种交通卡口管理雷达装置及实现方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| VLADIMIR SKVORSOV ET.AL: "Radar Network Node:Performance Analysis and Visualization in Indoor Environment", 《EMERGING TECHNOLOGIES FOR A SMARTER WORLD (CEWIT),2013 10TH INTERNATIONAL CONFERENCE & EXPO ON》 * |
| VLADIMIR SKVORTSOV ET.AL: "Inexpensive Radar-Based Surveillance:Experimental Study", 《EMERGING TECHNOLOGIES FOR A SMARTER WORLD (CEWIT),2012 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE & EXPO ON》 * |
| 刘宝平: "基于高分辨雷达一维距离像的距离信息提取", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044712A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-11-11 | 电子科技大学 | 一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法 |
| CN105044712B (zh) * | 2015-08-27 | 2017-06-16 | 电子科技大学 | 一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法 |
| CN106646457A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-05-10 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | 基于微波的人员行为检测方法与装置 |
| CN109683169A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-04-26 | 湖南科技大学 | 一种距离测量方法和系统 |
| CN112230209A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-15 | 北京环境特性研究所 | 一种远距离双站rcs测量装置及方法 |
| CN112230209B (zh) * | 2020-09-28 | 2023-06-16 | 北京环境特性研究所 | 一种远距离双站rcs测量装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104181527B (zh) | 2017-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10509103B2 (en) | Radar device | |
| Colone et al. | Sliding extensive cancellation algorithm for disturbance removal in passive radar | |
| Li et al. | Improved interrupted sampling repeater jamming based on DRFM | |
| Bączyk et al. | Micro‐Doppler signatures of helicopters in multistatic passive radars | |
| CN104076352A (zh) | 低截获测速方法及雷达装置 | |
| CN105044712A (zh) | 一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法 | |
| CN104181527A (zh) | 室内低速目标入侵检测雷达装置及检测方法 | |
| Park et al. | Modeling and simulation for the investigation of radar responses to electronic attacks in electronic warfare environments | |
| Dezfuli et al. | Reduced complexity and near optimum detector for linear‐frequency‐modulated and phase‐modulated LPI radar signals | |
| Al-Nuaim et al. | Low-cost implementation of a multiple-input multiple-output radar prototype for drone detection | |
| He et al. | Decentralised tracking for human target in multistatic ultra‐wideband radar | |
| JP2007033156A (ja) | レーダ装置 | |
| Marra et al. | New algorithm for signal detection in passive FSR | |
| Tian et al. | Fully digital multi‐frequency compact high‐frequency radar system for sea surface remote sensing | |
| Alter et al. | Ubiquitous radar: an implementation concept | |
| Guldogan et al. | Gaussian mixture PHD filter for multi-target tracking using passive Doppler-only measurements | |
| Bradaric et al. | A framework for the analysis of multistatic radar systems with multiple transmitters | |
| Di Seglio et al. | Comparing reference‐free WiFi radar sensing approaches for monitoring people and drones | |
| Ariffin et al. | FMCW radar for slow moving target detection: Design and performance analysis | |
| Liu et al. | Effects of non-uniform motion in through-the-wall SAR imaging | |
| Salah et al. | Speed estimation in forward scattering radar by using standard deviation method | |
| KR102076704B1 (ko) | 주파수 오프셋 기능을 갖는 갭 필러 기반의 fmcw 레이더 감지기 및 이를 이용한 갭 필러 기반의 fmcw 레이더 감지방법 | |
| JPH11352213A (ja) | パルスレーダ装置 | |
| Salminen et al. | Noise modulated multistatic surveillance radar concept | |
| JP3411531B2 (ja) | 電子戦システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210202 Address after: 230001 Room 101, 17 / F, building 15, Luyang big data Industrial Park, Qinghe Road, Luyang District, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei sixianzhi New Technology Co.,Ltd. Address before: 610000 No. 2006 West Yuan Road, Chengdu high tech Zone (West District), Sichuan Patentee before: University of Electronic Science and Technology of China |