CN112526501A - 一种生命气息探测用雷达系统 - Google Patents

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Abstract

一种生命气息探测用雷达系统,包括信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块、报警模块、显示模块，其中雷达采取二发四收模式且信号发射模块中的电磁波带宽为4GHZ，电磁波宽度决定了雷达的分辨率大小，该分辨率可更加精确的探测到目标；并且该雷达能够精确探测目标的速度信息，精确做出是否有生命体存在的判断，帮助搜救人员快速确定生命体的具体位置。其中雷达系统中的门限检测单元、恒虚预警单元采用自适应门限检测取代传统固定门限检测，使检测值根据具体情况做适应调整，进一步提高检测结果的准确度。再者，雷达设备造价成本低且不受环境的影响，是未来可期的搜救设备优选方向之一。

Description

一种生命气息探测用雷达系统
技术领域
本发明涉及雷达应用技术领域，具体为一种生命气息探测用雷达系统。
背景技术
目前地震发生频繁，震后的人员或动物搜救是一大关键，大多数被困人员或被困生物都被覆盖，肉眼或常规方法很难发现被困者位置，本领域技术人员开发了较多用于探测生命体的设备，主要有红外生命探测仪、音频探测、光学探测等，其中所述红外生命探测仪根据人体与周围环境的红外辐射特性不同，以成像的方式将目标与背景分开，得到人体生命信息；音频探测是采集全方位的振动信息，将杂波和干扰波过滤，从而确定人体所在位置；光学探测是在仪器前面放置细小探头，将信息传送回来，从而观测人体的信息。上述探测方式容易受温度、湿度、噪声、现场地形的影响且价格昂贵、探测精度低，尤其是对于静止目标探测精度非常低。
亟待一种可全天候工作，受环境影响小，探测精度高，特别是可探测静态目标的探测设备。
发明内容
一种生命气息探测用雷达系统，包括：信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块、报警模块、显示模块，信号发射模块与发射天线单向连接，所述接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块依次单向连接，所述信息处理模块分别与显示模块、报警模块单向连接，信号发射模块与混频模块单向链接，电源模块与上述模块均单向连接并为各模块提供运行能量；
所述信号发射模块用于发射雷达电磁波，将大部分电磁波传送到发射天线，少部分电磁波传送到混频模块；
所述发射天线用于发射雷达电磁波；
所述接收天线用于接收目标物体反射的电磁波；
所述低噪声放大模块用于将接收天线传递的电磁波模拟信号放大，同时抑制噪声干扰；
所述混频模块是将发射机发射的的本振信号与接收机接收到的回波信号进行混频，从而获得电磁波反应前后的频率差值即差频信号，所述差频信号中携带有被测目标信息；
所述AD采样模块将差频模拟信号转化为数字信号；
所述信息处理模块对数字信号进行转化计算得到目标的距离、角度方位、速度(呼吸强弱判断)等信息；
所述显示设备用于显示目标的距离、角度、速度等信息；
所述警报信号用于在探测数据信息超出正常范围的情况下发出警报信号；
其中，所述信号发射模块中的电磁波带宽为4GHZ。
根据调频连续波理论可知距离分辨率
Figure BDA0002207090800000021
其中，c为光速，B为带宽。所以，该雷达的距离分辨率ΔR等于0.0375m。高的距离分辨率可使雷达能够更加准确的探测到目标,生命体特征中由于呼吸引起的人体正面振幅为1～12mm，背面振幅为0.1～0.5mm,由于心跳引起的人体正面振幅为0.1～0.5mm,背面振幅为0.01～0.2mm,由于该振幅均小于雷达的距离分辨率，因此可将人体表面作为一个目标点；人体正常的呼吸频率为0.1～0.5Hz,正常的心率为0.8～2Hz,因此速度为0.008mm/s～6mm/s将此范围作为速度筛选值，将雷达检测到的速度值作为辨别生命气息的判断依据；
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,信号处理模块包括依次单向连接的FFT转换单元、门限检测单元、恒虚预警单元，所述恒虚预警单元分别与报警模块、显示模块单向连接；
所述FFT转换单元用于将数字信号由时域信号转换成易于分析的频域信号，得到差频信号的频谱，距离维频谱峰值对应的距离值即为目标的相对距离，速度维频谱峰值对应的速度值即为目标的相对速度；角度维频谱峰值对应的角度信息；
所述门限检测单元中根据(雷达接收到的信号强度值)来进行判断。根据环境设定一个下限值，将FFT转换单元转化后的不同频谱信息对应的信号强度值低于下限值的频谱信息(判定为噪声或杂波)过滤除去；
所述恒虚预警单元根据门限下限值进一步过滤除去背景噪声和杂波的干扰，降低虚警概率。
门限检测是一种统计检测，由于信号叠加有噪声，所以总输出是一个随机量。检测时门限的高低影响以下两种错误判断的多少：有信号而误判为没有信号(漏警,门限设定过高)；只有噪声时误判为有信号(虚警，门限设置过低)。
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,FFT转换单元包括依次单向连接的1DFFT转换单元、2DFFT转换单元、3DFFT转换单元，所述AD采样模块与1DFFT转换单元单向连接，所述3DFFT转换单元与门限检测单元单向连接；
所述1DFFT转换单元用于将时域信号转化为频域信号，分析得到距离信息；
所述2DFFT转换单元用于处理附带有距离信息的信号，得到距离、速度信息；
所述3DFFT转换单元用于处理附带有目标距离、速度信息的信号，得到目标距离、速度、角度信息。
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,采用二发四收模式，即信号发射模块与两个独立的发射天线单向连接，所述四个独立的接收天线与低噪声放大模块单向连接。二发四收模式的雷达收发系统可大大提高雷达电磁波的信号覆盖率、提高雷达探测精度。
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,恒虚预警单元采取自适应门限，所述自适应门限随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整信号强度下限值，如果背景噪声、杂波和干扰大，自适应门限就调高；如果背景噪声、杂波和干扰小，自适应门限就调低，以保证虚警概率恒定。
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,所述恒虚预警单元中自适应门限采用CA_CFAR单元平均恒虚预警处理确定门限值，其中所述恒虚预警单元中的门限值大于门限检测单元中的门限值，使所述恒虚预警单元实现二次滤波效果。
优选的，所述生命气息探测用雷达系统,所述接收天线与低噪声放大模块之间设置有滤波模块，所述滤波模块用于过滤与目标回波无关的杂波，避免过多杂波加重后续数据转化处理负担、提高检测精度。
附图说明：
下面结合附图对具体实施方式作进一步的说明，其中：
图1是本发明涉及的生命气息探测用雷达系统连接示意图；
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
具体实施案例1：
一种生命气息探测用雷达系统，包括：信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块、报警模块、显示模块，信号发射模块与发射天线单向连接，所述接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块依次单向连接，所述信息处理模块分别与显示模块、报警模块单向连接，信号发射模块与混频模块单向链接，电源模块与上述模块均单向连接并为各模块提供运行能量；
所述信号发射模块用于发射雷达电磁波，将大部分电磁波传送到发射天线，少部分电磁波传送到混频模块；
所述发射天线用于发射雷达电磁波；
所述接收天线用于接收目标物体反射的电磁波；
所述低噪声放大模块用于将接收天线传递的电磁波模拟信号放大，同时抑制噪声干扰；
所述混频模块是将发射机发射的的本振信号与接收机接收到的回波信号进行混频，从而获得电磁波反应前后的频率差值即差频信号，所述差频信号中携带有被测目标信息；
所述AD采样模块将差频模拟信号转化为数字信号；
所述信息处理模块对数字信号进行转化计算得到目标的距离、角度方位、速度(呼吸强弱判断)等信息；
所述显示设备用于显示目标的距离、角度、速度等信息；
所述警报信号用于在探测数据信息超出正常范围的情况下发出警报信号；
其中，所述信号发射模块中的电磁波带宽为4GHZ。信号处理模块包括依次单向连接的FFT转换单元、门限检测单元、恒虚预警单元，所述恒虚预警单元分别与报警模块、显示模块单向连接；
所述FFT转换单元用于将数字信号由时域信号转换成易于分析的频域信号，得到差频信号的频谱，距离维频谱峰值对应的距离值即为目标的相对距离，速度维频谱峰值对应的速度值即为目标的相对速度；角度维频谱峰值对应的角度信息；
所述门限检测单元中根据(雷达接收到的信号强度值)来进行判断。根据环境设定一个下限值，将FFT转换单元转化后的不同频谱信息对应的信号强度值低于下限值的频谱信息(判定为噪声或杂波)过滤除去；
所述恒虚预警单元根据门限下限值进一步过滤除去背景噪声和杂波的干扰，降低虚警概率。
进一步的,FFT转换单元包括依次单向连接的1DFFT转换单元、2DFFT转换单元、3DFFT转换单元，所述AD采样模块与1DFFT转换单元单向连接，所述3DFFT转换单元与门限检测单元单向连接；
所述1DFFT转换单元用于将时域信号转化为频域信号，分析得到距离信息；
所述2DFFT转换单元用于处理附带有距离信息的信号，得到距离、速度信息；
所述3DFFT转换单元用于处理附带有目标距离、速度信息的信号，得到目标距离、速度、角度信息。
进一步的,采用二发四收模式，即信号发射模块与两个独立的发射天线单向连接，所述四个独立的接收天线与低噪声放大模块单向连接。二发四收模式的雷达收发系统可大大提高雷达电磁波的信号覆盖率、提高雷达探测精度。
进一步的,恒虚预警单元采取自适应门限，所述自适应门限随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整信号强度下限值，如果背景噪声、杂波和干扰大，自适应门限就调高；如果背景噪声、杂波和干扰小，自适应门限就调低，以保证虚警概率恒定。
进一步的,,所述恒虚预警单元中自适应门限采用CA_CFAR单元平均恒虚预警处理确定门限值，其中所述恒虚预警单元中的门限值大于门限检测单元中的门限值，使所述恒虚预警单元实现二次滤波效果。
进一步的,所述接收天线与低噪声放大模块之间设置有滤波模块，所述滤波模块用于过滤与目标回波无关的杂波，避免过多杂波加重后续数据转化处理负担、提高检测精度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种生命气息探测用雷达系统，其特征在于：包括信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块、报警模块、显示模块，信号发射模块与发射天线单向连接，所述接收天线、低噪声放大模块、混频模块、AD采样模块、信息处理模块依次单向连接，所述信息处理模块分别与显示模块、报警模块单向连接，信号发射模块与混频模块单向链接，电源模块与上述模块均单向连接并为各模块提供运行能量；
所述信号发射模块用于发射雷达电磁波，将大部分电磁波传送到发射天线，少部分电磁波传送到混频模块；
所述发射天线用于发射雷达电磁波；
所述接收天线用于接收目标物体反射的电磁波；
所述低噪声放大模块用于将接收天线传递的电磁波模拟信号放大，同时抑制噪声干扰；
所述混频模块是将发射机发射的的本振信号与接收机接收到的回波信号进行混频，从而获得电磁波反应前后的频率差值即差频信号，所述差频信号中携带有被测目标信息；
所述AD采样模块将差频模拟信号转化为数字信号；
所述信息处理模块对数字信号进行转化计算得到目标的距离、角度方位、速度等信息；
所述显示设备用于显示目标的距离、角度、速度等信息；
所述警报信号用于在探测数据信息超出正常范围的情况下发出警报信号；其中，所述信号发射模块中的电磁波带宽为4GHZ。
2.如权利要求1所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：信号处理模块包括依次单向连接的FFT转换单元、门限检测单元、恒虚预警单元，所述恒虚预警单元分别与报警模块、显示模块单向连接；
所述FFT转换单元用于将数字信号由时域信号转换成易于分析的频域信号，得到差频信号的频谱，距离维频谱峰值对应的距离值即为目标的相对距离，速度维频谱峰值对应的速度值即为目标的相对速度；角度维频谱峰值对应的角度信息；
所述门限检测单元中根据雷达接收到的信号强度值来进行判断，根据环境设定一个下限值，将FFT转换单元转化后的不同频谱信息对应的信号强度值中低于下限值的频谱信息过滤除去；
所述恒虚预警单元根据门限下限值进一步过滤除去背景噪声和杂波的干扰，降低虚警概率。
3.如权利要求2所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：FFT转换单元包括依次单向连接的1DFFT转换单元、2DFFT转换单元、3DFFT转换单元，所述AD采样模块与1DFFT转换单元单向连接，所述3DFFT转换单元与门限检测单元单向连接；
所述1DFFT转换单元用于将时域信号转化为频域信号，分析得到距离信息；
所述2DFFT转换单元用于处理附带有距离信息的信号，得到距离、速度信息；
所述3DFFT转换单元用于处理附带有目标距离、速度信息的信号，得到目标距离、速度、角度信息。
4.如权利要求1所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：采用二发四收模式，即信号发射模块与两个独立的发射天线单向连接，所述四个独立的接收天线与低噪声放大模块单向连接。
5.如权利要求2所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：恒虚预警单元采取自适应门限即采用CA_CFAR单元平均恒虚预警处理确定门限值，所述自适应门限随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整信号强度下限值，如果背景噪声、杂波和干扰大，自适应门限就调高；如果背景噪声、杂波和干扰小，自适应门限就调低，以保证虚警概率恒定。
6.如权利要求2所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：所述恒虚预警单元中自适应门限采用CA_CFAR单元平均恒虚预警处理确定门限值，其中所述恒虚预警单元中的门限值大于门限检测单元中的门限值。
7.如权利要求1所述生命气息探测用雷达系统,其特征在于：所述接收天线与低噪声放大模块之间设置有滤波模块，所述滤波模块用于过滤与目标回波无关的杂波。
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