CN106646458A - 二维穿墙探测目标雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了二维穿墙探测目标雷达系统，冲激脉冲雷达探测领域；本系统采用0‑6GHZ的冲激脉冲，通过单发射天线发射冲激脉冲信号，穿透墙壁、废墟等障碍物，遇到生命体再反射回双分时共用接收天线。被测生命体胸壁运动，使接收的冲激脉冲序列发生多普勒效应，作为判断是否探测到生命体的依据。两接收天线采集到的信号传送到FPGA信号控制处理单元，经算法加工计算出被探测到生命体二维平面位置，再在显示单元上显示。

Description

二维穿墙探测目标雷达系统

技术领域

本发明涉及冲激脉冲雷达探测领域，以电磁波探测定位为研究对象，在此基础上提出了一种二维穿墙探测目标雷达系统。

背景技术

本系统采用的冲激脉冲频率在0-6GHZ范围内，具有很大的带宽，在穿过混凝土墙壁时衰减较大，不易受干扰且稳定性较强，具有较大的发展潜力。在灾害搜救、反恐斗争等领域中，具有广泛的应用，因此也越来越受人们的关注。本系统可精确地探测到墙内侧是否存在生命体并对其定位。

发明内容

鉴于以上冲激脉冲的特性，本发明采用的技术方案为二维穿墙探测目标雷达系统，该系统是一种单发双收二维穿墙探测目标雷达系统(系统框架结构见说明书附图1)。该系统由硬件和软件两大部分组成。硬件部分由发射天线、接收天线、切换器、中心处理单元、FPGA信号控制处理单元、显示单元组成；软件部分由主控程序和信号处理程序组成。天线包括发射天线、接收天线1、接收天线2；FPGA信号处理单元与中心处理单元连接；中心处理单元与发射天线连接，接收天线1、接收天线2通过切换器与中心处理单元连接；FPGA信号处理单元分别与显示器和切换器连接。发射天线、接收天线1、接收天线2均通过障碍物与被测生命体进行信号交互。

FPGA信号控制处理单元通过读写传输线连接中心处理单元，在主控程序的控制下控制中心处理单元发送和接收冲激脉冲，并设置冲激脉冲频率以及采集速率，控制中心处理单元连接的发送天线产生频率范围0-6GB的冲激脉冲。当发射信号遇到墙壁或者障碍物时，部分电磁波能量能够继续向前传播，直至遇到生命体。生命体心脏的跳动或呼吸使得胸壁前后移动使反射回的冲激脉冲发生多普勒效应，反射回来的冲激脉冲之间的间隔拉伸或缩短，如图2所示，冲激脉冲遇生命体胸壁移动反射；经中心处理单元连接的接收天线接收，再传递到FPGA信号控制处理单元，作为信号处理程序判断是否存在生命体的依据。该系统的步骤如下：

步骤1：FPGA信号控制中心处理单元，产生频率在0-6GHHZ范围内的冲激脉冲，并设置切换器的切换频率；

步骤2：发送天线将冲激脉冲信号发射出去；

步骤3：两接收天线分时采集反射回的冲激脉冲信号；

步骤4：中心处理单元将采集到的信号传递到FPGA信号控制处理单元；

步骤5：FPGA信号控制处理单元判断是否探测到了生命体，然后计算该生命体二维平面位置，对其定位；

步骤6：在显示单元上显示被测生命体二维平面坐标位置。

本发明采用双分时共用接收天线接收信号遇生命体反射回的冲激脉冲，用切换器控制两个接收天线在不同时间段接冲激脉冲，切换器的切换频率由FPGA信号控制处理单元设置(双分时共用接收天线原理见说明书附图3)，接收天线接收的冲激脉冲与发射天线发射的冲激脉冲存在一段时延(回波信号与发射信号的时域图见说明书附图4)，用于计算被探测到的生命体到两接收天线的距离。中心处理单元处理两接收天线采集的冲激脉冲信号。FPGA信号控制处理单元控制中心处理单元的工作状态，并控制显示单元显示被测生命体二维平面坐标位置。主控程序主要是控制中心处理单元发送和接收冲激脉冲。信号处理程序主要是根据中心处理单元采集的信号来判断是否探测到了生命体，利用相应的算法对其定位最后在显示单元上显示。(主控程序框图见说明书附图5，信号处理程序框图见说明书附图6)。

附图说明

图1：系统框架结构图。

图2：冲激脉冲遇生命体胸壁移动反射示意图。

图3：双分时共用接收天线原理图。

图4：回波信号与发射信号的时域图。

图5：主控程序框图。

图6：信号处理程序框图。

具体实施方式

本发明可应用于探测定位震后废墟内生命体。中心处理单元采用的是NVA6100脉冲雷达收发芯片。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

两接收天线与被测生命体构成一个三角形，接收天线1与接收天线2的距离是D，以接收天线1为极点，接收天线1沿接收天线2的方向为极轴。其中接收天线1的极坐标为(0,0)，接收天线2坐标为(D,0)。电磁波传播的速度为c，两天线的接收的回波时延分别为t₁、t₂。则被测生命体到接收天线1、接收天线2的距离分别近似为：

d₁≈ct₁/2

d₂≈ct₂/2

被测生命体的平面坐标为(ρ,θ)，由距离关系得到：

ρ＝d₁

得到被测生命体的极坐标表达式为：

ρ＝d₁

接收天线接收到的回波信号，传递到FPGA信号控制处理单元，再进行相应的算法处理，得到被测生命体的二维平面坐标数据，最后在显示单元上显示。

Claims (4)

1.二维穿墙探测目标雷达系统，其特征在于：该系统是一种单发双收二维穿墙探测目标雷达系统；该系统由硬件和软件两大部分组成；硬件部分由发射天线、接收天线、切换器、中心处理单元、FPGA信号控制处理单元、显示单元组成；软件部分由主控程序和信号处理程序组成；天线包括发射天线、接收天线1、接收天线2；FPGA信号处理单元与中心处理单元连接；中心处理单元与发射天线连接，接收天线1、接收天线2通过切换器与中心处理单元连接；FPGA信号处理单元分别与显示器和切换器连接；发射天线、接收天线1、接收天线2均通过障碍物与被测生命体进行信号交互。

2.根据权利要求1所述的二维穿墙探测目标雷达系统，其特征在于：FPGA信号控制处理单元通过读写传输线连接中心处理单元，在主控程序的控制下控制中心处理单元发送和接收冲激脉冲，并设置冲激脉冲频率以及采集速率，控制中心处理单元连接的发送天线产生频率范围0-6GB的冲激脉冲；当发射信号遇到墙壁或者障碍物时，部分电磁波能量能够继续向前传播，直至遇到生命体；生命体心脏的跳动或呼吸使得胸壁前后移动使反射回的冲激脉冲发生多普勒效应，反射回来的冲激脉冲之间的间隔拉伸或缩短，冲激脉冲遇生命体胸壁移动反射；经中心处理单元连接的接收天线接收，再传递到FPGA信号控制处理单元，作为信号处理程序判断是否存在生命体的依据。

3.根据权利要求2所述的二维穿墙探测目标雷达系统，其特征在于：该系统的步骤如下：

步骤1：FPGA信号控制中心处理单元，产生频率在0-6GHHZ范围内的冲激脉冲，并设置切换器的切换频率；

步骤2：发送天线将冲激脉冲信号发射出去；

步骤3：两接收天线分时采集反射回的冲激脉冲信号；

步骤4：中心处理单元将采集到的信号传递到FPGA信号控制处理单元；

步骤5：FPGA信号控制处理单元判断是否探测到了生命体，然后计算该生命体二维平面位置，对其定位；

步骤6：在显示单元上显示被测生命体二维平面坐标位置。

4.根据权利要求2所述的二维穿墙探测目标雷达系统，其特征在于：两接收天线与被测生命体构成一个三角形，接收天线1与接收天线2的距离是D，以接收天线1为极点，接收天线1沿接收天线2的方向为极轴；其中接收天线1的极坐标为(0,0)，接收天线2坐标为(D,0)；电磁波传播的速度为c，两天线的接收的回波时延分别为t₁、t₂；则被测生命体到接收天线1、接收天线2的距离分别近似为：

d₁≈ct₁/2

d₂≈ct₂/2

被测生命体的平面坐标为(ρ,θ)，由距离关系得到：

ρ＝d₁

$cos\mathrm{\θ}=\frac{{d_1}^2+D^2-{d_2}^2}{2d_{1}D}$

得到被测生命体的极坐标表达式为：

ρ＝d₁

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{{d_1}^2+D^2-{d_2}^2}{2d_{1}D}\right)$

接收天线接收到的回波信号，传递到FPGA信号控制处理单元，再进行相应的算法处理，得到被测生命体的二维平面坐标数据，最后在显示单元上显示。