CN112666556A - 一种穿墙雷达探测系统及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿墙雷达探测系统及探测方法，此探测系统包括可视化探测单元和超宽带雷达，所述可视化探测单元用于获取可视区域的目标信息，所述目标信息包括墙体信息；所述超宽带雷达与所述可视化探测单元相连，用于根据所述墙体信息，滤除墙体前方的目标信息，对墙体后方区域的目标进行探测，得到探测结果。本发明具有远距离全方位检测、检测速度快、检测精度高、机动灵活等优点。

Description

一种穿墙雷达探测系统及探测方法

技术领域

本发明主要涉及雷达技术领域，具体涉及一种穿墙雷达探测系统及探测方法。

背景技术

雷达作为获取空间信息的重要手段，在现代战场上有着举足轻重的作用。通常它要求被测目标和雷达天线处于同一个自由空间，两者之间没有屏蔽的障碍。然而大规模城区巷战的发展和隐身技术的进步，对雷达探测性能提出了更高的要求。其中能对叶簇、地表甚至墙壁，建筑，堡垒等非电磁透明介质屏蔽进行穿透探测，并分辨隐蔽目标的雷达已经引起了越来越多研究人员的关注。穿墙探测雷达(Though-the-wall detecting radar,简称TwDR)是实现上述功能的典型系统，其电磁波特别是低频电磁波对非金属建筑材料具有穿透特性，它可以对隐蔽于墙体后面的目标进行成像、探测、定位和跟踪，从而较大程度的提高反恐斗争和城区作战人员的态势感知、侦察探测和生存能力。

然而，出于对城市巷战和打击恐怖势力的需求，大力发展的城市环境下的跟踪、探测和精确定位的雷达技术成为关键。一般的穿墙雷达使用时都是靠近墙壁，虽然这能够减少墙壁对雷达回波的影响，但是也存在以下不足：

1、由于需要贴墙使用，只能用于对某个局部房间内部进行观测，无法实现对整栋建筑物的远距离、全方位探测，因此不能满足实际行动的需要；

2、由于贴墙探测，架设不灵活，同时可能危害操作人员的安全；

3、远距离探测存在近端目标干扰，检测目标区域大，定位精度低；

4、远距离探测雷达回波信号检测难度大，建筑物的结构布局对回波信号的处理影响很大。

随着应用需求提高和穿墙技术的发展，单纯的墙后目标定位与成像已不能满足需要，穿墙雷达能够距墙一定距离进行穿透探测，提供墙壁的相对位置信息，并准确探测前后的运动或者静止目标，成为一种新的发展趋势。

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，本发明提供一种远距离、全方位、检测速度快、检测精度高的穿墙雷达探测系统及探测方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种穿墙雷达探测系统，包括可视化探测单元和超宽带雷达，所述可视化探测单元用于获取可视区域的目标信息，所述目标信息包括墙体信息；所述超宽带雷达与所述可视化探测单元相连，用于根据所述墙体信息，滤除墙体前方的目标信息，对墙体后方区域的目标进行探测，得到探测结果。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述超宽带雷达还用于根据墙体信息，调整对应的探测面与墙体保持平行。

所述超宽带雷达包括天线、发射机、接收机以及信号处理机；所述天线用于实现超宽带连续波信号的收发；所述发射机用于输出相参信号， 包括产生超宽带步进频本振信号，混频、放大功能；所述接收机用于完成对小信号的拾取、放大、下变频和滤波，并确定信号放大倍数、中频滤波器的带宽、接收链路的动态范围和中频输出功率；所述信号处理机用于对雷达回波信号进行预处理，所述预处理包括数字下变频、数字滤波、通道之间的校正和脉冲压缩；另外，信号处理机还用于融合可视化探测单元获得的墙体位置和结构信息，对墙体后方的目标进行检测和跟踪。

所述天线为宽波束无源天线，分为发射天线和接收天线，分别实现超宽带连续波信号的发射和接收。

所述可视化探测单元和超宽带雷达均位于一移动组件上。

所述移动组件包括无人车载平台。

所述可视化探测单元为激光雷达或红外探测机或可见光摄像机。

本发明还公开了一种基于如上所述的穿墙雷达探测系统的探测方法，包括步骤：

1）所述可视化探测单元获得可视区域内所有目标的点云图像，分析点云图像得到墙体的距离h和方位信息，以及墙体前方所有目标的距离和方位信息；

2）所述超宽带雷达进行探测，对墙体前方的已识别目标进行剔除，然后再对超宽带雷达回波信号进行成像和目标检测。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤2）中，在超宽带雷达进行探测时，通过墙体方位信息，自动调整超宽带雷达与墙体之间的角度，使得超宽带雷达的探测面与墙体保持平行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过将可视化探测单元和超宽带雷达集成在一起，形成穿墙雷达探测系统，通过可视化探测单元获得的近距离目标（墙体前方）位置信息，在超宽带雷达回波中进行剔除，能够有效减少近距离强回波对墙体后方有效目标的弱回波检测的影响；在超宽带雷达回波信号处理中，只针对墙体后方范围内的目标进行检测和识别，缩小超宽带雷达检测成像范围，能够有效提高墙体后方弱目标的检测能力，提升检测速度和定位精度。

本发明使用可视化探测单元描绘场景信息，获得可视区域内墙体信息；通过获得墙体方位信息调整超宽带雷达与墙体的平行度，保证超宽带雷达探测面与墙体平行，提高墙体后方目标的检测概率。

本发明将可视化探测单元和超宽带雷达安装于一移动组件或固定支架上，再进行远距离墙体后方目标探测；由于可视化探测单元和超宽带雷达的布置可以远离墙面，充分保证了操作人员的安全，提高了环境适应性；上述远距离探测方式，极大地提高了系统使用的灵活性和机动性。

附图说明

图1为本发明的系统在实施例的方框结构图。

图2为本发明的系统在具体应用时的实施例图。

图中标号表示：1、可视化探测单元；2、超宽带雷达；201、天线；202、发射机；203、接收机；204、信号处理机；3、移动组件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的穿墙雷达探测系统，包括可视化探测单元1和超宽带雷达2，可视化探测单元1用于获取可视区域的目标信息，目标信息包括墙体信息；超宽带雷达2与可视化探测单元1相连，用于根据墙体信息，滤除墙体前方的目标信息，对墙体后方区域的目标进行穿墙探测，得到探测结果。本发明通过将可视化探测单元1和超宽带雷达2集成在一起，形成穿墙雷达探测系统，通过可视化探测单元1获得的近距离目标（墙体前方）位置信息，在超宽带雷达2回波中进行剔除，能够有效减少近距离强回波对墙体后方有效目标的弱回波检测的影响；在超宽带雷达2回波信号处理中，只针对墙体后方范围内的目标进行检测和识别，缩小超宽带雷达2检测成像范围，能够有效提高墙体后方弱目标的检测能力，提升检测速度和定位精度。

在一具体实施例中，可视化探测单元1通过描绘场景信息，获得墙体位置和结构信息。具体地，可视化探测单元1优选采用激光雷达，激光雷达通过扫描前方可视化区域，生成雷达点云阵列，该点云阵列能够显示和输出可视目标区域内目标的距离、方位、高度等信息，尤其能够获得墙体建筑物的外形结构和距离。当然，也可以采用红外摄像机或者可见光摄像机等来代替激光雷达。超宽带雷达2利用激光雷达获得墙体结构和位置，实现墙体后方人体目标的精确定位和跟踪。

其中超宽带雷达2包括天线201、发射机202、接收机203以及信号处理机204。具体地，天线201为宽波束无源天线，实现超宽带连续波信号的收发。根据超宽带雷达2实现的方式，天线201又分为发射天线和接收天线，分别实现超宽带连续波信号的发射和接收。发射机202主要实现相参信号的输出，包括产生超宽带本振信号，混频、放大等功能，并确保该频率信号有较好的相位噪声、较高的频率进度、较快的锁频时间；然后对信号正交调制、PA放大至所需功率后输出。结合发射链路的扫频功率平坦度及高低温变化给出相应的补偿电路，确保在不同温度环境下，不同频点输出功率的一致性。接收机203主要完成对小信号的拾取、放大、下变频、滤波等，并根据所需具体指标，确定射频/中频信号放大倍数、中频滤波器的带宽、接收链路的动态范围、中频输出功率等。信号处理机204主要完成对雷达回波信号的预处理，预处理包括数字下变频、数字滤波、通道之间的校正、脉冲压缩等。另外，信号处理机204融合可视化探测单元1获得的墙体位置和结构信息，对墙体后方的目标进行检测和跟踪。通过融合的方法，有利于墙体后方目标的检测和识别，缩小超宽带雷达2检测成像范围，提高检测速度和定位精度。

在一具体实施例中，使用可视化探测单元1描绘场景信息，获得可视区域内目标距离、方位、高度等信息；通过获得墙体的方位信息调整超宽带雷达2与墙体的平行度，保证超宽带雷达2探测面与墙体平行，提高墙体后方目标的检测概率。上述超宽带雷达2的角度可通过自身的云台进行调整，也可以设置其它独立的活动机构来实现超宽带雷达2探测面的自动调整。

在一具体实施例中，可视化探测单元1和超宽带雷达2均位于一移动组件3上。其中移动组件3包括无人车载平台。通过将可视化探测单元1和超宽带雷达2固定在无人车载平台上，再进行远距离墙体后方目标探测，如图2所示。当然，上述可视化探测单元1和超宽带雷达2也可以安装一远离墙面的固定支架上。由于上述可视化探测单元1和超宽带雷达2的布置可以远离墙面，充分保证了操作人员的安全，提高了环境适应性；上述远距离探测方式，极大地提高了系统使用的灵活性和机动性。

本发明还公开了一种基于如上所述的穿墙雷达探测系统的探测方法，包括步骤：

1）可视化探测单元1获得可视区域内所有目标的点云图像，分析点云图像得到墙体的距离h和方位信息，以及墙体前方所有目标的距离和方位信息；

2）超宽带雷达2进行墙体的穿透探测，在对回波信号进行处理时，对于距离在h以内的回波信息进行消除，即对墙体前方的已识别目标进行剔除，然后再对超宽带雷达2回波信号进行成像和目标检测，即只针对墙体后方的距离信息进行成像以及检测。

在一具体实施例中，在步骤2）中，超宽带雷达2在进行探测时，通过墙体方位信息，自动调整超宽带雷达2与墙体之间的角度，使得超宽带雷达2的探测面与墙体保持平行，这样能够极大提高墙体后方目标的检测概率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种穿墙雷达探测系统，其特征在于，包括可视化探测单元（1）和超宽带雷达（2），所述可视化探测单元（1）用于获取可视区域的目标信息，所述目标信息包括墙体信息；所述超宽带雷达（2）与所述可视化探测单元（1）相连，用于根据所述墙体信息，滤除墙体前方的目标信息，对墙体后方区域的目标进行探测，得到探测结果。

2.根据权利要求1所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述超宽带雷达（2）还用于根据墙体信息，调整对应的探测面与墙体保持平行。

3.根据权利要求1或2所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述超宽带雷达（2）包括天线（201）、发射机（202）、接收机（203）以及信号处理机（204）；所述天线（201）用于实现超宽带连续波信号的收发；所述发射机（202）用于输出相参信号；所述接收机（203）用于完成对小信号的拾取、放大、下变频和滤波，并确定信号放大倍数、中频滤波器的带宽、接收链路的动态范围和中频输出功率；所述信号处理机（204）用于对雷达回波信号进行预处理，所述预处理包括数字下变频、数字滤波、通道之间的校正和脉冲压缩；另外，信号处理机（204）还用于融合可视化探测单元（1）获得的墙体位置和结构信息，对墙体后方的目标进行检测和跟踪。

4.根据权利要求3所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述天线（201）为宽波束无源天线，分为发射天线和接收天线，分别实现超宽带连续波信号的发射和接收。

5.根据权利要求1或2所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述可视化探测单元（1）和超宽带雷达（2）均位于一移动组件（3）上。

6.根据权利要求5所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述移动组件（3）包括无人车载平台。

7.根据权利要求1或2所述的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述可视化探测单元（1）为激光雷达或红外探测机或可见光摄像机。

8.一种基于权利要求1～7中任意一项所述的穿墙雷达探测系统的探测方法，其特征在于，包括步骤：

1）所述可视化探测单元（1）获得可视区域内所有目标的点云图像，分析点云图像得到墙体的距离h和方位信息，以及墙体前方所有目标的距离和方位信息；

2）所述超宽带雷达（2）进行探测，对墙体前方的已识别目标进行剔除，然后再对超宽带雷达（2）回波信号进行成像和目标检测。

9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，步骤2）中，在超宽带雷达（2）进行探测时，通过墙体方位信息，自动调整超宽带雷达（2）与墙体之间的角度，使得超宽带雷达（2）的探测面与墙体保持平行。

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