CN109031220A - 一种雷达抗干扰滤波方法及其电路 - Google Patents

一种雷达抗干扰滤波方法及其电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达感应技术领域，具体公开了一种雷达抗干扰滤波方法及其电路，所述方法包括步骤：合成中频信号；将所述中频信号转换成模拟信号；将所述模拟信号转换成特征信号；对输入的所述模拟信号和所述特征信号进行处理，判定是否有探测目标存在。实施本发明的有益效果在于：在现有运算放大器的基础上新增一个比较器，将中频信号和参考信号进行比较作第一次评估，MCU进一步对根据所述中频信号而生成的特征信号的频率进行捕捉，获取中频信号的频率和峰值数据进行第二次评估，在不降低灵敏度的情况下，可以无条件地通过RS测试，抗干扰能力强，且本发明对MCU的性能要求不高，可以继续沿用原MCU，只增加了一个比较器，成本压力小。

Description

一种雷达抗干扰滤波方法及其电路
技术领域
本发明涉及雷达感应技术领域，尤其涉及一种雷达抗干扰滤波方法及其电路。
背景技术
目前人体感应技术主要有热释电(PIR)和雷达感应，国外中高端产品一般使用5.8G雷达感应技术。5.8G雷达感应技术具有更强的抗干扰度和感应灵敏度。在抗干扰测试中有一项辐射抗扰度(RF electromagnetic field)测试，简称为RS测试。在高性价比产品中，RS测试一直是一个难点。传统雷达感应类产品在RS测试中，只能使用极低的灵敏度来通过认证，在实际产品应用中，再提高灵敏度。
传统5.8G雷达感应类产品中，中频信号(亦成为IF信号)，经过运算放大电路处理后，由MCU直接对信号进行模数转换(ADC)。MCU通过数学运算确定输出波形的特征是否符合特征波形，从而确定是否检测到运动物体。一般产品都是采用简单的MCU(其价格也较为低廉)，无法进行复杂的数学运算，直接通过检测中频信号的峰值是否达标。在中频信号可能被其他微波信号源干扰的情况下，MCU容易产生误动作，尤其是在干扰信号频率发生突变时。
发明内容
本发明提供一种雷达抗干扰滤波方法及其电路，解决的技术问题是，现有简单的MCU(其价格也较为低廉)，无法进行复杂的数学运算，直接通过检测中频信号的峰值是否达标的检测方式在中频信号可能被其他微波信号源干扰的情况下，MCU容易产生误动作，尤其是在干扰信号频率发生突变时。
为解决以上技术问题，一种雷达抗干扰滤波方法，包括步骤：
S1.合成中频信号；
S2.将所述中频信号转换成模拟信号；
S3.将所述模拟信号转换成特征信号；
S4.对输入的所述模拟信号和所述特征信号进行处理，判定是否有探测目标存在。
进一步地，所述步骤S1具体为：
S1-1.发射5.8G雷达信号；
S1-2.接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；
S1-3.将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号。
进一步地，在所述步骤S4中，所述判定是否有探测目标存在具体为：
S4-1.根据所述模拟信号判定所述阻挡物是否移动，若是则进行下一步，若否则继续分析所述模拟信号，更具体地，将所述模拟信号与参考信号作对比，当与参考信号相同或在所述参考信号的预设范围内时，则被测目标为移动，反之则未移动；
S4-2.分析所述反射信号和特征信号的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若是则判定探测目标存在，若否则判定所述探测目标不存在。
更进一步地，在所述步骤S4-2中，所述特征信号的波形个数至少大于3；所述特征信号的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％；所述特征信号的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值。
具体地，所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为移动物体。
本发明还提供一种雷达抗干扰滤波电路，包括中频信号探测线路、运算放大器、比较器和MCU；
所述中频信号探测线路用于合成中频信号；
所述运算放大器用于将所述中频信号转换成供MCU识别的模拟信号；
所述比较器用于将所述模拟信号转换成供所述MCU识别的特征信号；
所述MCU用于对输入的所述模拟信号和所述特征信号进行处理，判定是否有探测目标存在。
更具体地，所述中频信号探测线路设有发射天线、接收天线、变相器和混频器；
所述发射天线用于发射5.8G雷达信号；
所述接收天线用于接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；
所述变相器用于将所述5.8G雷达信号移相90°；
所述混频器用于将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号。
具体地，所述MCU判定是否有探测目标存在，具体为：根据所述模拟信号判定所述阻挡物是否移动，判定是否移动的标准是：将所述模拟信号与参考信号作对比，当与参考信号相同或在所述参考信号的预设范围内时，则被测目标为移动，反之则未移动。当判定所述阻挡物未移动时，则判定所述探测目标不存在，若是则进一步分析所述反射信号和特征信号的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若否则判定所述探测目标不存在，若是则判定探测目标存在。
优选地，所述特征信号的波形个数至少大于3；所述特征信号的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％；所述特征信号的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值。
具体地，所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为人体。
本发明提供的一种雷达抗干扰滤波方法及其电路，在现有运算放大器的基础上新增一个比较器，将中频信号和参考信号进行比较作第一次评估，MCU进一步对根据所述中频信号而生成的特征信号的频率进行捕捉，获取中频信号的频率和峰值数据进行第二次评估，在不降低灵敏度的情况下，可以无条件地通过RS测试，抗干扰能力强，且本发明对MCU的性能要求不高，可以继续沿用原MCU，只增加了一个比较器，成本压力小。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波电路的电气连接图；
图3是本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法及其电路的反射信号和特征信号的波形图；
图4是本发明实施例提供的低频干扰信号对所述反射信号(左)、特征信号(右)产生干扰后的信号波形图；
图5是本发明实施例提供的中频干扰信号对所述反射信号(左)、特征信号(右)产生干扰后的信号波形图；
图6是本发明实施例提供的高频干扰信号对所述反射信号、特征信号产生干扰后的信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法的步骤流程图，如图1所示。在本实施例中，所述的一种雷达抗干扰滤波方法，包括步骤：
S1.合成中频信号IF；
S2.将所述中频信号IF转换成Aif；
S3.将所述Aif转换成特征信号Ft；
S4.对输入的所述Aif和所述特征信号Ft进行处理，判定是否有探测目标存在。
进一步地，所述步骤S1具体为：
S1-1.发射5.8G雷达信号；
S1-2.接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；
S1-3.将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号IF。
进一步地，在所述步骤S4中，所述判定是否有探测目标存在具体为：
S4-1.根据所述Aif判定所述阻挡物是否移动，若是则进行下一步，若否则继续分析所述Aif，更具体地，将所述Aif与参考信号作对比，当与参考信号相同或在所述参考信号的预设范围内时，则被测目标为移动，反之则未移动；
S4-2.分析所述反射信号和特征信号Ft的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若是则判定探测目标存在，若否则判定所述探测目标不存在。
作为本发明的一个优选实施例，在所述步骤S4-2中，所述特征信号Ft的波形个数至少大于3；所述特征信号Ft的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％；所述特征信号Ft的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值。所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为人体。
与本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法所对应的是，本发明实施例还提供一种雷达抗干扰滤波电路，包括中频信号IF探测线路1、运算放大器OP、比较器CMP(Vf代表供电电压)和MCU；
所述中频信号IF探测线路1合成中频信号IF；
所述运算放大器OP将所述中频信号IF转换成供MCU识别的Aif；
所述比较器CMP将所述Aif转换成供所述MCU识别的特征信号Ft；
所述MCU对输入的所述Aif和所述特征信号Ft进行处理，判定是否有探测目标存在。
作为本发明的一个优选实施例：
所述中频信号IF探测线路1设有发射天线TX、接收天线RX、变相器FS和混频器MIX；
所述发射天线TX发射5.8G雷达信号；所述接收天线RX接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；所述变相器FS将所述5.8G雷达信号移相90°；所述混频器MIX将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号IF。
也即，高频振荡器产生5.8G雷达信号，通过发射天线TX发送出去。当遇到阻挡物(包括探测目标)后所述雷达信号被反射而回，但因在移动物体表面反射产生了相位和频差。当接收天线RX接收产生了相位和频差后的雷达信号并通过混频器MIX和移相90度的雷达信号进行混频。混频后得到的信号再经过中频滤波放大处理，最终得到中频信号IF，中频信号IF中携带有探测目标的运动状态信息。
根据中频信号IF频率fd和目标速度v的关系式：
其中，α代表探测目标到所述中频信号IF探测线路1(所述中频信号IF探测线路1、运算放大器OP、比较器CMP和MCU在实际探测中都集成在一个设备中)与雷达天线的夹角，一般情况下目标速度v(人的行走速度)在0.1m/s～1m/s，fd的范围在5Hz～30Hz。
具体地，所述MCU判定是否有探测目标存在，具体为：根据所述Aif判定所述阻挡物是否移动，判定是否移动的标准是：将所述Aif与参考信号作对比，当与参考信号相同或在所述参考信号的预设范围内时，则阻挡物为移动，反之则未移动。当判定所述阻挡物未移动时，则判定所述探测目标不存在，当判定所述阻挡物移动时，则进一步分析所述反射信号和特征信号Ft的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若否则判定所述探测目标不存在，若是则判定探测目标存在。所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为运动物体。也即，MCU需要先判定是否有阻挡物(不知阻挡物是干扰源还是人体)，其次判定该阻挡物是否为运动物体比如人体。
当满足这些条件时，则所述中频信号IF和所述特征信号Ft(方波信号)的波形图分别如图3的左半部和右半部所示。当所述特征信号Ft的波形个数至少大于3时，且所述特征信号Ft的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％，且所述特征信号Ft的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值时，则判定所述探测目标不存在，也即阻挡物不是运动物体，而是其他的干扰源。
本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法及其电路，一般情况下人体的移动速度为0.1m/s～1m/s，并没有被其他低频、中频或高频信号干扰时，当满足相应的条件时，则所述中频信号IF和所述特征信号Ft(方波信号)的波形图分别如图3的左半部和右半部所示。若出现其他不满足相应条件的中频信号IF和参考信号，则代表出现了信号干扰，可分为低频信号干扰、中频信号IF干扰、高频信号干扰，对应的波形图分别参见图4、图5和图6。图4中，左右的周期一致，但明显不属于“30ms～100ms”这个范围，所述探测目标不存在；图5中，左右的波形个数不足3，则所述探测目标也不存在；图6中，左的波形个数不足3，右的周期不属于“30ms～100ms”这个范围，表明探测目标也不存在。
本发明实施例提供的一种雷达抗干扰滤波方法及其电路，在现有运算放大器OP的基础上新增一个比较器CMP，将中频信号IF和参考信号进行比较作第一次评估，MCU进一步对根据所述中频信号IF而生成的特征信号Ft的频率进行捕捉，获取中频信号IF的频率和峰值数据进行第二次评估，在不降低灵敏度的情况下，可以无条件地通过RS测试，抗干扰能力强，且本发明对MCU的性能要求不高，可以继续沿用原MCU，只增加了一个比较器CMP，成本压力小。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达抗干扰滤波方法，其特征在于，包括步骤：
S1.合成中频信号；
S2.将所述中频信号转换成模拟信号；
S3.将所述模拟信号转换成特征信号；
S4.对输入的所述模拟信号和所述特征信号进行处理，判定是否有探测目标存在。
2.如权利要求1所述的一种雷达抗干扰滤波方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
S1-1.发射5.8G雷达信号；
S1-2.接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；
S1-3.将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号。
3.如权利要求2所述的一种雷达抗干扰滤波方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述判定是否有探测目标存在具体为：
S4-1.根据所述模拟信号判定所述阻挡物是否移动，若是则进行下一步，若否则继续分析所述模拟信号；
S4-2.分析所述反射信号和特征信号的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若是则判定探测目标存在，若否则判定所述探测目标不存在。
4.如权利要求3所述的一种雷达抗干扰滤波方法，其特征在于：在所述步骤S4-2中，所述特征信号的波形个数至少大于3；所述特征信号的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％；所述特征信号的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值。
5.如权利要求4所述的一种雷达抗干扰滤波方法，其特征在于：所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为人体。
6.一种雷达抗干扰滤波电路，其特征在于，包括中频信号探测线路、运算放大器、比较器和MCU；
所述中频信号探测线路用于合成中频信号；
所述运算放大器用于将所述中频信号转换成供MCU识别的模拟信号；
所述比较器用于将所述模拟信号转换成供所述MCU识别的特征信号；
所述MCU用于对输入的所述模拟信号和所述特征信号进行处理，判定是否有探测目标存在。
7.如权利要求6所述的一种雷达抗干扰滤波电路，其特征在于：所述中频信号探测线路设有发射天线、接收天线、变相器和混频器；
所述发射天线用于发射5.8G雷达信号；
所述接收天线用于接收所述5.8G雷达信号在遇到阻挡物后被反射而回的反射信号；
所述变相器用于将所述5.8G雷达信号移相90°；
所述混频器用于将接收到的反射信号和移相90°的所述5.8G雷达信号进行混频，得到所述中频信号。
8.如权利要求6所述的一种雷达抗干扰滤波电路，其特征在于，所述MCU判定是否有探测目标存在，具体为：根据所述模拟信号判定所述阻挡物是否移动，若否则判定所述探测目标不存在，若是则进一步分析所述反射信号和特征信号的波形个数、周期和占空比是否在对应的预设范围内，若否则判定所述探测目标不存在，若是则判定探测目标存在。
9.如权利要求8所述的一种雷达抗干扰滤波电路，其特征在于：所述特征信号的波形个数至少大于3；所述特征信号的周期的预设范围为30ms～100ms，并且相邻周期的变化小于10％；所述特征信号的占空比的预设范围为所述周期的1/4～1/3，且有2个以上的近似值。
10.如权利要求9所述的一种雷达抗干扰滤波电路，其特征在于：所述探测目标为所述阻挡物的一种，所述探测目标为运动物体。
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