CN108828591A - 一种便携式雷达探测设备及系统 - Google Patents

一种便携式雷达探测设备及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种便携式雷达探测设备及系统。设备包括：壳体和设置于壳体内部的数据传输模块、雷达天线收发模块和采集控制模块；雷达天线收发模块用于向外部发射高频电磁波，以及接收外部物体反射的电磁波，并将雷达数据发送至采集控制模块；采集控制模块用于产生天线系统工作所需的工作脉冲,根据设置参数实现不同频率的等效采样，并完成16位数据的模数、数模转换并将雷达数据发送至数据传输模块；数据传输模块用于将处理得到的雷达数据发送至外部移动终端设备，以便分析和识别周围探测目标。如此，可以方便快捷的对周围的金属异常物体进行探测。

Description

一种便携式雷达探测设备及系统
技术领域
本发明涉及安全检测技术领域，具体而言，涉及一种便携式雷达探测设备及系统。
背景技术
在一些对于安全性要求较高的公共场所，需要对每个人所携带的物体进行安全检查，但是现有技术中的安全检查模式都是在安检门口设置固定的安检设备(包括工作人员的手持按键设备和安检传送带等)实现对进入的人和物进行检查，该方式需要在固定的位置进行安检，但是无法在某些重要公共场所内部进行再一次的安全排查。或者即便可以进行安全排查，由于安检设备的体积及质量较大，存在着设备隐蔽性低、不易携带等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便携式雷达探测设备，以方便在公共区域进行安全检测。
第一方面，本申请实施例提供了一种便携式雷达探测设备，
所述便携式雷达探测设备包括：壳体和设置于所述壳体内部的数据传输模块、雷达天线收发模块和采集控制模块；所述采集控制模块分别与所述雷达天线收发模块和数据传输模块相连接；
所述雷达天线收发模块用于向外部发射高频电磁波，以及接收外部物体反射的电磁波，并获取雷达数据将所述雷达数据发送至所述采集控制模块；
所述采集控制模块用于根据移动终端设备设定的参数对雷达天线收发模块传送的雷达数据进行不同频率的等效采样；还用于将所述雷达数据发送至所述数据传输模块；
所述数据传输模块用于将接收到的雷达数据发送至外部的移动终端设备，以使所述移动终端设备根据所述雷达数据分析确定周围探测目标，并识别金属异常物体。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述数据传输模块，包括：Wifi部件、蓝牙部件、GPRS通信部件中的任意一种或多种。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述雷达天线收发模块，包括：高频发射天线和高频接收天线，所述高频发射天线包括：发射机和发射天线辐射器；所述高频接收天线包括：接收机和接收天线辐射器；
所述采集控制模块包括：触发脉冲发生电路，所述触发脉冲发生电路分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成发射机的发射触发脉冲和接收机的采样脉冲；所述发射机与所述接收机分别用于接收触发脉冲发生电路生成的发射触发脉冲和采样脉冲，以进行高频电磁波的发射和反射电磁波的接收。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述发射天线辐射器与所述接收天线辐射器均为蝶形辐射器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述触发脉冲发生电路，包括：步进延时电路和固定延时电路；
所述步进延时电路包括：恒流源电路、快斜坡电压电路和比较输出脉冲电路，所述恒流源电路与快斜坡电路相连接，所述快斜坡电路与所述比较输出电路相连接。
结合第一方面至第一方面的第四种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述便携式雷达探测设备安装于背包内部。
结合第一方面至第一方面的第四种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述便携式雷达探测设备还包括：电源适配器和充电电池；所述壳体上设置有充电接口，所述充电接口与所述电源适配器相连接，所述电源适配器与所述充电电池相连接。
第二方面，本申请实施例还提供了一种雷达探测系统，包括：如上述任一可能的实施方式中所述的便携式雷达探测设备和终端设备；
所述移动终端设备用于与所述便携式雷达探测设备建立通信连接以后，接收便携式雷达探测设备发送的雷达数据，根据所述雷达数据分析确定周围探测目标，并识别金属异常物体。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述移动终端设备，用于通过以下方式根据所述外部物体反射的电磁波的数据识别探测目标：
将接收到的雷达数据进行归一化处理；
通过傅里叶级数法将归一化处理后的雷达数据进行一维FIR滤波；
对滤波后的雷达数据进行信号增益处理；
针对信号增益处理后的数据，通过进行高阶矩差异识别算法，识别出探测目标。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述终端设备在识别出目标物体以后，通过以下方式判断所述目标物体是否为金属异常物体：
计算经过归一化处理后的雷达数据的一维相位谱；
计算所述相位谱之间的相关系数；
根据所述相关系数判断所述探测目标是否为金属异常物体。
本申请实施例提供的本申请实施例所提供的一种便携式雷达探测设备及系统能够实现在特殊的场所内由工作人员隐蔽的进行对金属异常物体的探测，并且便于携带。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种便携式雷达探测设备的结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种雷达天线收发模块的结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的步进延时电路的结构示意图；
图4a示出了本申请实施例所提供的恒流源电路的结构示意图；
图4b示出了本申请实施例所提供的快斜坡电路的结构示意图；
图4c示出了本申请实施例所提供的比较输出脉冲电路的结构示意图
图5示出了本申请实施例所提供的一种雷达探测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示的实施例，图1为本申请实施例所提供的一种便携式雷达探测设备的结构示意图。该便携式雷达探测设备包括：壳体104和设置于该壳体104内部的数据传输模块101、雷达天线收发模块102和采集控制模块103；采集控制模块103分别与雷达天线收发模块102和数据传输模块101相连接。
上述的雷达天线收发模块102用于向外部发射高频电磁波，以及接收外部物体反射的电磁波，并将获取的雷达数据发送至采集控制模块。
上述的雷达数据对应有雷达文件，雷达文件包含采集参数和数据体。文件头参数包括时间量程、电压、采样频率等具体参数。
上述的采集控制模块103用于根据移动终端设备发送的控制参数对雷达天线收发模块102传送的雷达数据按照一定的频率进行等效采样，并完成16位数据的模数转换和数模转换；还用于将处理得到的雷达数据，并将处理后的雷达数据发送至传输模块101。
上述的数据传输模块101用于将接收到的雷达数据发送至外部的终端设备，以使所述移动终端设备根据所述雷达数据分析确定周围探测目标，并识别金属异常物体。
在一可能的实施例中，上述的数据传输模块包括：Wifi部件、蓝牙部件、GPRS通信部件中的任意一种或多种。
具体的，上述的数据传输模块采用Wifi传输的方式进行数据传输时，上述的数据传输模块包括Wifi部件和LAN8720以太网接口。
在一可能的实施例中，参照图2所示，图2为本申请实施例提供的一种雷达天线收发模块的结构示意图。上述的雷达天线收发模块102包括：高频发射天线206和高频接收天线201，高频发射天线206包括：发射机204和发射天线辐射器205；高频接收天线201包括：接收机202和接收天线辐射器203。
优选地，上述的发射天线辐射器205和接收天线辐射器203均采用蝶形天线辐射器。该蝶形天线辐射器采用背腔加裙边的设计，上述的发射天线和接收天线分别包括：天线外壳、天线辐射器、天线二次屏蔽层和充填吸收材料；并且，优选地，本实施例中的天线的主频为1600MHz。
上述的采集控制模块103包括：触发脉冲发生电路(图中未示出)，该触发脉冲发生电路分别与上述的发射机204和接收机202相连接，用于生成发射机的发射触发脉冲和接收机的采样脉冲。
发射机204和接收机202分别接受控制模块的触发脉冲发生电路的发射触发脉冲和接收触发脉冲，从而完成高频电磁波的发射和外部物体反射的高频电磁波的接收。
在一可能的实施方式中，上述的触发脉冲发生电路，包括：步进延时电路和固定延时电路；该步进延时电路用于生成发射机触发脉冲，参照图3所示，图3为本申请实施例中提供的步进延时电路的示意图。上述步进延时电路包括：恒流源电路301、快斜坡电压电路302和比较输出脉冲电路303，该恒流源电路301与快斜坡电路302相连接，该快斜坡电路302与比较输出电路303相连接。
参照图4a所示，上述的恒流源电路包括两个双通道的JFET放大器(AD8512)，该恒流源电路用于提供恒定的电流。
参照图4b所示，图4b为本申请实施例提供的快斜坡电路的结构示意图，该快斜坡电路包括：电平转换器(TXB0101)和电压反馈型放大器(LM7171)。
参照图4c所示，图4c为本申请实施例提供的比较输出脉冲电路，该比较输出脉冲电路包括：电压比较器(AD790-S)和电压反馈型放大器(LM7171)。
本设备由于运用等效采样技术进行采集的信号都为高频、高速信号，根据奈奎斯特采样定理可知，等效时间取样的步进值(相当于实时取样中的采样间隔)必须小于：1/(2*f)(其中f为被测信号中心频率的上限值)。如果对中心频率为100M Hz的信号进行取样，步进值应小于5ns。通常为了获得更多的波形信息，步进值需要更小，这必须依赖于高稳定度、高精度的步进系统来产生。本实施例中，步进延时电路的延时精度决定了雷达信号采集的精度，是整个触发脉冲发生单元的核心。本实施例中通过设置使步进延时电路包括：恒流源电路301、快斜坡电压电路302和比较输出脉冲电路303进行提高雷达信号采集的精度。
在一可能的实施例中上述的便携式雷达探测设备可以是安装于背包内部，在具体应用时，人体携带背包进行在某一特殊区域进行行走。背包中的便携式雷达探测设备向外部发射高频电磁波，对背包周围2-3.米内的人所携带的物品进行探测，将探测的结果数据通过无线传输模块发送至移动终端设备上，该移动终端设备可以是手机、平板电脑、计算机等设备，进而该终端设备可以对接收到的数据进行处理，以确定周围探测目标，并识别出目标物体中的异常物体(金属物体)，以及确定异常物体的位置信息，并进行报警。
上述实施例中，壳体上设置有电源指示灯、网络指示灯、电源开关和充电接口，上述的雷达探测设备还包括：电源适配器和充电电池；壳体上设置的充电接口与电源适配器相连接，该电源适配器与充电电池相连接。该充电电池用于向雷达探测设备内的功能模块(控制模块、雷达信号收发模块和数据传输模块)进行供电。
本申请实施例所提供的一种便携式雷达探测设备可以实现探测距离大于等于1米，非接触探测金属物体面积大于30cm*30cm。
参照图5所示的实施例，图5为本申请实施例所提供的一种雷达探测系统，包括：上述任一可能的实施方式中所述的便携式雷达探测设备51和移动终端设备52。
上述的便携式雷达探测设备51接收移动终端设备52发送的控制指令，并依据该控制指令进行执行相应的工作，包括：向外部发射高频电磁波以及接收外部物体反射的高频电磁波，获取雷达数据将，该雷达数据发送至移动终端设备52，移动终端设备52雷达数据进行确定目标物体，并识别该目标物体中的金属物体以及确定金属物体的位置信息，同时进行报警。报警的方式可以是进行提示文字的展示。
具体的，移动终端设备52通过目标识别算法和金属与非金属分类算进行确定探测目标以及进行金属异常物体的识别。
具体的，上述移动终端设备52通过以下步骤A10-A40进行识别探测目标：
A10、将接收到的雷达数据进行归一化处理。
按照如下公式(1)进行数据归一化处理，通过归一化处理将雷达数据值域限定于[-1,1]区间内，
其中，D为雷达数据，max(D)为雷达数据可以取得的最大值。
A20、通过傅里叶级数法将归一化处理后的数据进行一维FIR滤波。
一维FIR滤波可以去除部分雷达数据的噪声，进而减少外界干扰对最终结果的影响。设FIR滤波器的单位冲激响应为h(n)，0≤n≤N-1，系统函数如下公式(2)，
差分方程如公式(3)，
FIR滤波器的频率响应如公式(4)，
本实施例中通过傅里叶级数法进行实现滤波，进过滤波以后，出处了外部信号的干扰。
A30、对滤波后的数据进行信号增益处理。
将滤波以后的数据经过信号增益，能够实现对远距离反射信号的放大，从而增强探测效果。
本实施例中信号增益采用线性增益，计算公式如公式(5)，
y(n)＝h(n)x(n) (5)
其中，y(n)为增益后的信号，h(n)为增益函数。
A40、针对对处理后的数据，通过进行高阶矩差异识别算法，识别出探测目标。
由于天线探测方向上的探测目标会反射电磁波信号，将引起反射波的异常变化。因此，可以通过高阶矩差异识别出探测目标是否存在。高阶矩计算公式如公式(6)：
y(n)＝E[|x(n)-r(n)|k] (6)
其中，r(n)为参照数据，是大量对空数据的平均值，k为阶数。
本申请实施例中，上述的移动终端设备在确定探测目标以后，进一步通过以下步骤B10-B30进行判断该探测目标是否是异常物体(金属物体)：
B10、计算经过归一化处理后的雷达数据的一维相位谱。
设Dg＝{ak}，并进行Z变换，得到如下公式(7)，
设置使相位谱的定义如下公式(8)，
由于金属物体与非金属物体的反射信号相位谱存在较大相位差，因此，可以通过相位谱的相关系数对其属性特征进行识别。相关系数计算如以下公式(9)：
金属物体相位谱之间的相关系数大于其与非金属物体相位谱的相关系数，因此，通过相关系数的大小就能够识别出金属物体。
本申请又一可能的实施例中，上述的移动终端设备52包括：探测者终端设备和管理员终端设备，该管理员终端设备为管理员所使用的终端设备，用于获取上述的探测者所使用的移动终端设备获取的雷达数据和探测者的地理位置信息，进而实现对探测者进行远程监控和指导，以及对安检情况的远程监控。上述探测者终端设备为进行实地探测的工作人员(探测者)所使用的终端设备。
本系统在应用时，人体携带便携式雷达探测设备，例如可以是将该设备设置于背包内进行携带，行走于公共区域，雷达探测设备向四周发射高频电磁波，对周围2-3米范围内的行人行李物品进行探测，设备采集的雷达数据通过无线的方式传输至手持终端设备，如手机、平板电脑等。移动设备端的雷达数据采集软件接收雷达数据，并对数据进行分析，进一步识别金属异常物，对异常情况进行报警。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种便携式雷达探测设备，其特征在于，所述便携式雷达探测设备包括：壳体和设置于所述壳体内部的数据传输模块、雷达天线收发模块和采集控制模块；所述采集控制模块分别与所述雷达天线收发模块和数据传输模块相连接；
所述雷达天线收发模块用于向外部发射高频电磁波，以及接收外部物体反射的电磁波，并获取雷达数据将所述雷达数据发送至所述采集控制模块；
所述采集控制模块用于根据移动终端设备设定的参数对雷达天线收发模块传送的雷达数据进行不同频率的等效采样；还用于将所述雷达数据发送至所述数据传输模块；
所述数据传输模块用于将接收到的雷达数据发送至外部移动终端设备，以使所述移动终端设备根据所述雷达数据分析确定周围探测目标，并识别金属异常物体。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据传输模块，包括：Wifi部件、蓝牙部件、GPRS通信部件中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述雷达天线收发模块，包括：高频发射天线和高频接收天线，所述高频发射天线包括：发射机和发射天线辐射器；所述高频接收天线包括：接收机和接收天线辐射器；
所述采集控制模块包括：触发脉冲发生电路，所述触发脉冲发生电路分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成发射机的发射触发脉冲和接收机的采样脉冲；所述发射机与所述接收机分别用于接收触发脉冲发生电路生成的发射触发脉冲和采样脉冲，以进行高频电磁波的发射和反射电磁波的接收。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述发射天线辐射器与所述接收天线辐射器均为蝶形辐射器。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述触发脉冲发生电路，包括：步进延时电路和固定延时电路；
所述步进延时电路包括：恒流源电路、快斜坡电压电路和比较输出脉冲电路，所述恒流源电路与快斜坡电路相连接，所述快斜坡电路与所述比较输出电路相连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的设备，其特征在于，所述便携式雷达探测设备安装于背包内部。
7.根据权利要求根据权利要求1-5任一所述的设备，其特征在于，所述便携式雷达探测设备还包括：电源适配器和充电电池；所述壳体上设置有充电接口，所述充电接口与所述电源适配器相连接，所述电源适配器与所述充电电池相连接。
8.一种雷达探测系统，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一所述的便携式雷达探测设备和移动终端设备；
所述移动终端设备用于与所述便携式雷达探测设备建立通信连接以后，接收便携式雷达探测设备发送的雷达数据，根据所述雷达数据分析确定周围探测目标，并识别金属异常物体。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述移动终端设备，用于通过以下方式根据所述外部物体反射的电磁波的数据识别探测目标：
将接收到的雷达数据进行归一化处理；
通过傅里叶级数法将归一化处理后的雷达数据进行一维FIR滤波；
对滤波后的雷达数据进行信号增益处理；
针对信号增益处理后的数据，通过进行高阶矩差异识别算法，识别出探测目标。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述终端设备在识别出目标物体以后，通过以下方式判断所述目标物体是否为金属异常物体：
计算经过归一化处理后的雷达数据的一维相位谱；
计算所述相位谱之间的相关系数；
根据所述相关系数判断所述探测目标是否为金属异常物体。
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