CN110082751A - 一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统及方法，该系统包括依次设置的毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块。该方法包括：射频收发模块接收抛物反射的信号；由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点；无线传输模块将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。本发明相比于传统的视频监测，具有更大的监控范围和距离，且识别精度高；相比于同样识别精度的视频监测方法，成本低，不容易损坏且易维护，此外能适应全天候工作。

Description

一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统及方法
技术领域
本发明属于公共安全保障领域，特别是一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统及方法。
背景技术
随着现代化城市建设，高层建筑已成必然趋势，而高空抛物现象也愈发严重，被称为“悬在城市上空的痛”。高空抛物不仅会造成人身伤亡和重大财物损失的严重后果，而且根据高空抛物者的主观恶意程度，可能涉及到犯罪和追究刑事责任的问题，造成极大的社会危害。目前存在难以寻找高空抛物者的关键问题，侥幸心理仍使高空抛物现象屡禁不止。当前对于高空抛物的监测仍停留在视频监测阶段，通过录像等监控在事后追溯抛物人，而该种方式监测范围和精度受镜头分辨率的限制，且不具备良好的夜间工作能力，同时易受外界环境如雾、烟、灰尘的影响，可能导致最终无法找到责任人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测范围大、识别精度高、成本低且能适应全天候工作的高空抛物监测系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，包括依次设置的毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块；
所述射频收发模块，用于发射接收射频信号；
所述信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
所述信号采集处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析抛物轨迹进而获取抛物起始点位置；
所述无线传输模块，用于将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
基于上述毫米波雷达的高空抛物监测系统的方法，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收抛物反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点；
步骤4、无线传输模块将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)相比于传统的视频监测方法，具有更大的监控范围和距离，且识别精度高；2)进一步地相比于同样识别精度的视频监测方法，成本低，不容易损坏且易维护；3)在夜间、外界环境不佳如存在雾、烟、灰尘等影响时同样具有良好的工作能力，能适应全天候工作。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于毫米波雷达的高空抛物监测系统结构示意图。
图2为本发明基于毫米波雷达的高空抛物监测系统工作示意图。
图3为本发明基于毫米波雷达的高空抛物监测方法流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，包括依次设置的毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块；
射频收发模块，用于发射接收射频信号；
信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
信号采集处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析抛物轨迹进而获取抛物起始点位置；
无线传输模块，用于将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
进一步优选地，射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块、无线传输模块均置于建筑物的顶部或底部。
进一步地，射频收发模块采用多发多收微带阵列天线。
进一步优选地，多发多收微带阵列天线具体采用两发四收的微带阵列天线。
示例性优选地，两发四收的微带阵列天线采用77GHz频率波段。
进一步地，信号采集处理模块包括依次设置的：
数模转换模块，用于对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
嵌入式处理模块，包括下采样模块、直接数字控制器，用于对数模转换后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点位置。
结合图2、3，基于上述毫米波雷达的高空抛物监测系统的方法，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收抛物反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点；
步骤4、无线传输模块将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
进一步地，步骤3中信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点，具体为：
步骤3-1、对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
步骤3-2、根据数模转换后的信号，利用多目标跟踪算法进行信号解析，从而计算出抛物轨迹；
由抛物轨迹即可获得抛物起始点位置。
进一步地，步骤3-2中利用多目标跟踪算法进行信号解析，从而计算出抛物轨迹，具体为：
步骤3-2-1、解析数模转换后的信号获得抛物的距离和角度信息；
步骤3-2-2、根据距离和角度信息，结合匀加速运动模型、卡尔曼滤波器获取抛物轨迹。
进一步优选地，抛物起始点位置所在坐标系具体为：以射频收发模块为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴。
本发明能够监测的距离范围为0.5米到100米，监测距离精度为0.02米。
本发明相比于传统的视频监测方法，具有更大的监控范围和距离，且识别精度高；相比于同样识别精度的视频监测方法，成本低，不容易损坏且易维护；此外在夜间、外界环境不佳如存在雾、烟、灰尘等影响时同样具有良好的工作能力，能适应全天候工作。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，包括依次设置的毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块；
所述射频收发模块，用于发射接收射频信号；
所述信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
所述信号采集处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析抛物轨迹进而获取抛物起始点位置；
所述无线传输模块，用于将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，所述射频收发模块、信号调理模块、信号采集处理模块、无线传输模块均置于建筑物的顶部或底部。
3.根据权利要求1或2所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，所述射频收发模块采用多发多收微带阵列天线。
4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，所述多发多收微带阵列天线具体采用两发四收的微带阵列天线。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，所述两发四收的微带阵列天线采用77GHz频率波段。
6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测系统，其特征在于，所述信号采集处理模块包括依次设置的：
数模转换模块，用于对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
嵌入式处理模块，包括下采样模块、直接数字控制器，用于对数模转换后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点位置。
7.基于权利要求1所述毫米波雷达的高空抛物监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收抛物反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点位置；
步骤4、无线传输模块将抛物起始点位置信息发送至上位机模块。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测方法，其特征在于，步骤3所述信号采集处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取抛物轨迹，进而获取抛物起始点，具体为：
步骤3-1、对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
步骤3-2、根据数模转换后的信号，利用多目标跟踪算法进行信号解析，从而计算出抛物轨迹；
由抛物轨迹即可获得抛物起始点位置。
9.根据权利要求8所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测方法，其特征在于，步骤3-2所述利用多目标跟踪算法进行信号解析，从而计算出抛物轨迹，具体为：
步骤3-2-1、解析数模转换后的信号获得抛物的距离和角度信息；
步骤3-2-2、根据距离和角度信息，结合匀加速运动模型、卡尔曼滤波器获取抛物轨迹。
10.根据权利要求9所述的基于毫米波雷达的高空抛物监测方法，其特征在于，所述抛物起始点位置所在坐标系具体为：以射频收发模块为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴。
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