CN110716200A - 一种用于车辆内部生命探测的探测方法及雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于车辆内部生命探测的探测方法及雷达装置，该方法步骤包括：S1.使用超宽带雷达对目标车辆内部进行探测，并接收雷达的回波信号；S2.对提取的回波信号进行目标检测，进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。本发明具有探测实现简单、效率高且可抑制虚警、探测精度高等优点。

Description

一种用于车辆内部生命探测的探测方法及雷达装置
技术领域
本发明涉及车辆内部生命探测技术领域，尤其涉及一种用于车辆内部生命探测的探测方法及雷达装置。
背景技术
在海关码头、停车场、看守所以及边检安检等场所需要对车辆进行安全检查，以确定车辆内部是否藏匿有生命体。车辆安全检查中目前通常都是直接通过人肉眼或者警犬对车辆进行搜索，这类检查方法工作效率低，需要耗费大量用人成本，且容易出现漏判，若对车内物品采用直接接触方式检查还可能对物品造成一定程度的损坏，实际也难以精确的确认车内的状况。
在如停车场车辆监控等的场合中，目前存在使用红外生命探测仪等对车辆内部进行人员探测及监控的方案，但是红外生命探测仪的探测精度低、穿透能力差，仍然容易出现误判或者漏判，且红外生命探测仪的体积大、重量重、环境适应性差，仅仅能够适用于室内，在室外高温或者其他天气恶劣的情况下无法正常工作，不适用于环境各异、需要快速探测扫描的车辆安检场合中。由于人或者动物静止时属于微动特征信号，其他类型一般的检测器更难精确的检测到车内的实时状态。
有从业者提出利用雷达来探测车辆内部生命体信号，雷达的频段低、穿透力强，能穿透多种障碍介质且不受介质结构的影响，可在恶劣的环境下稳定运行，且不受高温、湿度、噪音等不利因素的影响，可以灵活的适用于不同的车辆安检场合，且雷达为非接触式探测，可避免直接检测对物品造成的损害。但是目前基于雷达针对车辆内部生命探测通常都是直接通过分析雷达回波信号来判断是否有生命体，而雷达的探测范围较大，在车辆附近属于探测范围内的目标以及车辆外壁均会被检测出，因而实际中会存在大量的虚警，虽然通过限制芯片等限制雷达信号的发射范围可以一定程度的减少虚警产生，但是对于距离车辆较近的目标（如检测人员自身、车辆司机等）以及车辆外壁难以通过该方式滤除，依然会被检测出而造成虚警。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种探测实现简单、效率高且可抑制虚警、探测精度高的用于车辆内部生命探测的探测方法及雷达装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于车辆内部生命探测的探测方法，步骤包括：
S1.使用超宽带雷达对目标车辆内部进行探测，并接收雷达的回波信号；
S2.提取所述回波信号进行目标检测，所述进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除所述有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。
进一步的，所述步骤S2中确定出车体四周外壁的位置时，具体通过对所述回波信号进行特征信号提取，根据提取得到的特征信号中静止的特征信号识别出车体四周外壁结构，确定得到所述车体四周外壁的位置。
进一步的，所述步骤S2中截取所述有效探测区域的具体步骤为：由确定出的所述车体四周外壁的位置提取出车体四周外壁的质心位置，以所述质心位置为中心截取出指定大小的区域作为所述有效探测区域。
进一步的，所述步骤S2中输出最终的目标检测结果时，采用后向投影BP算法进行相干叠加和CF加权处理进行成像处理，得到雷达成像结果。
进一步的，所述步骤S1提取出雷达接收到的回波信号时，还包括对所述回波信号进行脉冲压缩的预处理步骤。
进一步的，所述预处理步骤包括：将原始回波信号转换数据类型后进行数字正交解调，对解调后的信号再进行参考通道校正、系统校正，校正后的信号依次经过差分杂波抑制、IFFT变换后将频域响应变换到时域响应，完成脉冲压缩处理。
一种用于上述探测方法的雷达装置，包括：MIMO收发天线、用于接收回波信号的接收系统、用于发射雷达信号的发射系统以及信号处理模块，所述接收系统、发射系统均分别与所述MIMO收发天线、信号处理模块连接，所述信号处理模块包括目标检测单元，用于提取出回波信号进行目标检测，所述进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除所述有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。
进一步的，所述信号处理模块还包括用于对所述回波信号进行脉冲压缩的预处理单元，所述预处理单元设置在所述目标检测单元的输入端，所述预处理单元包括依次连接的用于转换数据类型的数据类型转换单元、用于进行正交解调的数字正交解调单元、用于对参考通道进行校正的参考通道校正单元、用于对系统进行校正的系统校正单元、用于执行差分杂波抑制的差分杂波抑制单元以及用于执行IFFFT变化的IFFT变换单元。
进一步的，所述MIMO收发天线具体为多通道多周期联合处理的超宽带MIMO雷达天线。
进一步的，所述信号处理模块设置在一壳体内，所述壳体上还设置有用于显示探测结果、接收控制指令的显控模块。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用超宽带雷达的上述特性进行车辆内部生命体探测，可以快速、精确的探测到车辆内部运动或静止的生命体信号，同时对回波信号处理时，通过先确定车体四周外壁的位置，由确定出的位置自适应截取出车辆内部的有效探测区域，将探测到的目标中有效探测区域以外的目标滤除，从而形成局部目标检测效果，能够有效滤掉来自车厢外部和车辆外壁引入的虚警，实现栅瓣虚假像抑制/低信噪比相干检测多目标的精准定位。
2、本发明进一步对回波信号处理时，通过提取出静止特征信号来反演出车辆四周外壁的结构，由车辆四周外壁的结构来自适应截取出有效探测区域，形成局部成像和目标检测，可以去除车辆外部大量不必要的信号处理操作，提高信号处理速度及目标探测效率，同时还可以大大减少来自车厢外部、车辆四周外壁引入的虚警。
3、本发明进一步通过采用多通道多周期联合处理的超宽带MIMO雷达，穿透性和射频抗干扰能力强、波束辐射宽，且体积小、重量轻，可实现弱生命信号检测与多目标二维精准定位的探测能力，可实现便携式雷达装置灵活的适用于不同车辆安检场合中。
附图说明
图1是本实施例用于车辆内部生命探测的探测方法的实现流程示意图。
图2是本实施例具体采用的雷达天线阵列的结构示意图。
图3是本实施例具体采用的三角形微带天线结构示意图。
图4是本实施例实现虚警抑制的具体流程示意图。
图5是本实施例对回波信号进行处理的详细流程示意图。
图6是本实施例划分有效探测区域的原理示意图。
图7是本发明具体应用实施例中得到的雷达图像示意图。
图8是本实施例中雷达装置的结构示意图。
图9是本发明具体应用实施例中显示的探测结果示意图。
图10是本实施例中雷达装置的外形结构示意图。
图例说明：10、壳体；1、MIMO收发天线；2、接收系统；3、发射系统；4、信号处理模块；5、显控模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例用于车辆内部生命探测的探测方法的步骤包括：
S1.使用超宽带雷达对目标车辆内部进行探测，并接收雷达的回波信号；
S2.提取回波信号进行目标检测，进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。
超宽带雷达信号对障碍介质具有强穿透性，基于运动、呼吸心跳、晃动、肢体摆动等生命体微弱运动信号在雷达回波上会产生时域多普勒效应。本实施例利用超宽带雷达的上述特性进行车辆内部生命体探测，可以快速、精确的探测到车辆内部运动或静止的生命体信号，同时对回波信号处理时，通过先确定车体四周外壁的位置，由确定出的位置自适应截取出车辆内部的有效探测区域，将探测到的目标中有效探测区域以外的目标滤除，从而形成局部目标检测效果，能够有效滤掉来自车厢外部和车辆外壁引入的虚警，实现栅瓣虚假像抑制/低信噪比相干检测多目标的精准定位。
本实施例中，具体采用多通道多周期联合处理的超宽带MIMO雷达，基于多发多收型天线阵列可以获取较长的等效阵列长度以及较大的阵元密度，在选择的特定频段具备强穿透性和射频抗干扰能力、波束辐射宽，且体积小、重量轻，基于小体积和轻质量的雷达即可实现弱生命信号检测与多目标二维精准定位的探测能力。MIMO雷达阵列天线具体可采用2发6收的T2R6天线阵列，如图2所示，T2R6阵列构型通过多出的4个通道的代价，可以获得更长的等效阵列长度和更大的阵元密度，具备更强的穿透性和射频抗干扰能力，天线设计时具体可采用小巧的三角形微带天线，如图3所示，可以进一步减少雷达的体积、重量。
本实施例中，步骤S2中确定出车体四周外壁的位置时，具体通过对回波信号进行特征信号提取，根据提取得到的特征信号中静止的特征信号识别出车体四周外壁结构，确定得到车体四周外壁的位置。由于车辆内部通常为封闭的环境，且雷达探测时生命体目标为微动的特征信号，而车辆外壁则为静止的特征信号，在频域中可依据该特性将生命体目标和车辆四周外壁进行区分，基于该特性本实施例通过对回波信号处理时，提取出静止特征信号来反演出车辆四周外壁的结构，由车辆四周外壁的结构来自适应截取出有效探测区域，形成局部成像和目标检测，可以去除车辆外部大量不必要的信号处理操作，提高信号处理速度及目标探测效率，同时还可以大大减少来自车厢外部、车辆四周外壁引入的虚警。
本实施例步骤S2中截取有效探测区域的具体步骤为：由确定出的车体四周外壁的位置提取出车体四周外壁的质心位置，以质心位置为中心截取出指定大小的区域作为有效探测区域，有效探测区域范围具体可以根据实际需求灵活设置，如仅配置为车厢中需要重点关注的区域等，区域大小也可以根据探测效率、复杂度等需求进行设置。
如图4所示，本实施例具体提取到雷达的回波信号时，先根据特征信号特性反演出车辆四周墙体（外壁）的结构，基于车辆四周墙体（外壁）的结构提取出质心后划分车厢内有效探测区域；然后提取目标特征信号，判断探测到的目标位置是否处于车厢内的有效探测区域内，如果是输出目标位置，否则判定为虚警过滤掉。
本实施例步骤S2中输出最终的目标检测结果时，具体采用后向投影BP算法进行相干叠加和CF加权处理进行成像处理，得到雷达成像结果，即进行二维成像时采用后向投影BP算法进行相干叠加的方式，运算速度快且定位精度高。如图5所示，进行成像处理时，先按照上述方法进行虚警抑制，先反演出车辆四周外壁结构后截取车辆内部有效探测区域，截取有效探测区域时的效果如图6所示，再滤除有效探测区域外的虚警目标，成像处理时采用后向投影BP算法进行相干叠加和CF加权处理得到最终的雷达图像。在具体应用实施例中得到的雷达图像结果如图7所示，其中图7（a）对应为无目标的雷达图像，图7（b）对应为有目标的雷达图像。
本实施例步骤S1提取出雷达接收到的回波信号时，还包括对回波信号进行脉冲压缩的预处理步骤，通过脉冲压缩处理，可以实现距离维高分辨。如图6所示，本实施例预处理步骤包括：将原始回波信号转换数据类型后进行数字正交解调，对解调后的信号再进行参考通道校正、系统校正，校正后的信号依次经过差分杂波抑制、IFFT变换后将频域响应变换到时域响应，完成脉冲压缩处理。
通过上述探测方法，对车辆内部静止和运动的生命体征信号探测精度能达到厘米级，且能够有效滤除车辆外部以及车辆四周外部引入的虚警，可灵活适应于各类车辆安检场合中。
如图8所示，本实施例用于上述探测方法的雷达装置具体包括：MIMO收发天线1、用于接收回波信号的接收系统2、用于发射雷达信号的发射系统3以及信号处理模块4，接收系统2、发射系统3均分别与MIMO收发天线1、信号处理模块4连接，信号处理模块4包括目标检测单元，用于提取出回波信号进行目标检测，进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。上述MIMO收发天线1具体为多通道多周期联合处理的超宽带MIMO雷达天线，具体如图2、3所示。
上述雷达装置通过发送超宽带雷达信号，穿透性好、抗干扰能力强，可以快速、精确的探测到车辆内部运动或静止的生命体信号，且基于多发多收型天线，基于小体积和轻质量的雷达即可实现弱生命信号检测与多目标二维精准定位的探测能力。
本实施例中，信号处理模块4还包括用于对回波信号进行脉冲压缩的预处理单元42，预处理单元设置在目标检测单元的输入端，预处理单元包括依次连接的用于转换数据类型的数据类型转换单元、用于进行正交解调的数字正交解调单元、用于对参考通道进行校正的参考通道校正单元、用于对系统进行校正的系统校正单元、用于执行差分杂波抑制的差分杂波抑制单元以及用于执行IFFFT变化的IFFT变换单元，原始回波信号经过上述各单元后，可完成脉冲压缩处理，实现距离维高分辨。
本实施例中，上述雷达装置还包括用于显示探测结果、接收控制指令的显控模块5，通过显控模块5可以实现探测控制，以及二维显示目标的位置和数量，便于直观获取目标信息，具体应用实施例中得到的显示效果如图9所示，显示包括车辆墙体（外壁）位置以及内部的目标体位置，可直观的确定车辆内是否存在生命体目标。上述雷达装置进一步还设置有数据存储器以存储数据。
如图10所示，本实施例中雷达装置具体设置在一壳体10内，显控模块5中显示屏以及控制按键设置在壳体10上，天线阵列排布在壳体10下侧，壳体10上还相应的布置有电源开关、充电口等，通过该结构可实现便携式雷达装置，雷达体积小、重量轻，便于手持扫描，可全天时全天候工作，以及可二维显示目标的位置和数量，且防水、耐热，具有很强的环境适应性。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，步骤包括：
S1.使用超宽带雷达对目标车辆内部进行探测，并接收雷达的回波信号；
S2.提取所述回波信号进行目标检测，所述进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除所述有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。
2.根据权利要求1所述的用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，所述步骤S2中确定出车体四周外壁的位置时，具体通过对所述回波信号进行特征信号提取，根据提取得到的特征信号中静止的特征信号识别出车体四周外壁结构，确定得到所述车体四周外壁的位置。
3.根据权利要求1所述的用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，所述步骤S2中截取所述有效探测区域的具体步骤为：由确定出的所述车体四周外壁的位置提取出车体四周外壁的质心位置，以所述质心位置为中心截取出指定大小的区域作为所述有效探测区域。
4.根据权利要求1所述的用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，所述步骤S2中输出最终的目标检测结果时，采用后向投影BP算法进行相干叠加和CF加权处理进行成像处理，得到雷达成像结果。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，所述步骤S1提取出雷达接收到的回波信号时，还包括对所述回波信号进行脉冲压缩的预处理步骤。
6.根据权利要求5所述的用于车辆内部生命探测的探测方法，其特征在于，所述预处理步骤包括：将原始回波信号转换数据类型后进行数字正交解调，对解调后的信号再进行参考通道校正、系统校正，校正后的信号依次经过差分杂波抑制、IFFT变换后将频域响应变换到时域响应，完成脉冲压缩处理。
7.一种用于权利要求1～6中任意一项所述的探测方法的雷达装置，其特征在于，包括：MIMO收发天线（1）、用于接收回波信号的接收系统（2）、用于发射雷达信号的发射系统（3）以及信号处理模块（4），所述接收系统（2）、发射系统（3）均分别与所述MIMO收发天线（1）、信号处理模块（4）连接，所述信号处理模块（4）包括目标检测单元，用于提取出回波信号进行目标检测，所述进行目标检测时确定出车体四周外壁的位置，由确定出的位置截取车辆内部区域得到有效探测区域，从检测到的目标中滤除所述有效探测区域外的虚警目标后输出最终的目标检测结果。
8.根据权利要求7所述的雷达装置，其特征在于，所述信号处理模块（4）还包括用于对所述回波信号进行脉冲压缩的预处理单元，所述预处理单元设置在所述目标检测单元的输入端，所述预处理单元包括依次连接的用于转换数据类型的数据类型转换单元、用于进行正交解调的数字正交解调单元、用于对参考通道进行校正的参考通道校正单元、用于对系统进行校正的系统校正单元、用于执行差分杂波抑制的差分杂波抑制单元以及用于执行IFFFT变化的IFFT变换单元。
9.根据权利要求7所述的雷达装置，其特征在于：所述MIMO收发天线（1）具体为多通道多周期联合处理的超宽带MIMO雷达天线。
10.根据权利要求7或8或9所述的雷达装置，其特征在于：所述信号处理模块（4）设置在一壳体（10）内，所述壳体（10）上还设置有用于显示探测结果、接收控制指令的显控模块（5）。
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