CN203811806U - 一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪 - Google Patents
一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，该生命探测仪无需采用下变频器，直接由载波信号采用等效采样直接生成基带信号，克服目前的生命探测仪中由于受A/D数据处理速度的限制，对雷达回波脉冲信号进行等效采样，将纳秒或者皮秒脉冲信号在时间轴上展宽成毫秒量级或者微秒量级基带脉冲信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪。
背景技术
超宽带探测雷达(UWB-TWDR)是超宽带的重要应用之一，它可以对建筑物内的目标进行非入侵式的探测定位，尤其对运动着的人目标有着较好的监测跟踪作用，在军事、反恐甚至生命探测救援活动中有着良好的应用前景。
生命探测雷达技术是伴随着生物医学工程、雷达、电子、计算机技术的发展以及军事、医学和社会的需要而产生的。雷达之所以能够探测到生命特征信息是基于其对生命体活动的检测。人的心跳和呼吸活动会使反射回波的频率、相位、振幅和到达时间发生变化。一般而言，振幅的变化可以忽略，所以，在生命探测中只使用频率、相位和到达时间。UWB(Ultra-Wideband)生命探测雷达是利用UWB脉冲作为探测媒介，利用电磁波的穿透特性，通过对人体胸壁运动的反射回波信号进行取样积分、放大和滤波，然后再经过A/D转换送入微控制单元进行处理，利用数字信号处理方法从反射的回波信号提取出微弱的生命特征信息(呼吸、心跳等)。
目前，雷达生命探测仪在地震后救援中应用有非常广泛的前途，目前已经有一些这方面的科研成果在地震救援中应用，其中中国专利公开号CN101598782A就公开了一种雷达生命探测仪，该雷达生命探测仪具有雷达信号发射部分和接收部分，其中，接收部分的接收天线接收来自目标区域的反射微波信号，经过滤波和低噪放大、下变步频后，再进行采样，然后才进入基带信号处理器处理，并显示和存储。它这样做，是由于受A/D数据处理速度的限制，需要进行下变频后才取样，这样增加了一个下变频的过程，限制了雷达系统的结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种生命控制仪，该生命探测仪采用的雷达主机中，直接对低噪放大后的载波信号进行采样，减少了下变频器。
本发明的技术方案是：一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，包括基于超宽带脉冲雷达系统、数字信号处理系统和控制显示终端；所述的基于超宽带脉冲雷达系统与数字信号处理系统相连，数字信号处理系统与控制显示终端相连；所述的超宽带脉冲雷达系统包括雷达信号发射机、雷达信号接收机；
所述的雷达信号发射机包括第一时钟电路和脉冲产生电路和脉冲信号发射电路和脉冲信号发射天线；第一时钟电路为脉冲产生电路提供基准时钟信号，脉冲产生电路产生脉冲信号输入脉冲信号发射电路经脉冲信号发射天线发射；
所述的雷达信号接收机包括脉冲信号接收天线、低噪放大器、等效取样电路、对称取样脉冲源、第二时钟电路；所述的脉冲信号接收天线接收由被测目标反射的脉冲信号，接入到低噪放大器后输入到所述的等效取样电路，所述的等效取样电路的取样脉冲源由所述的对称取样脉冲源提供，所述的对称取样脉冲源的时钟由所述的第二时钟电路提供；所述的等效取样电路输出基带信号。
所述的第一时钟电路和第二时钟电路同步。
进一步的，上述的基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪中：所述的数字信号处理系统包括DSP芯片、数据存储器、程序存储器和SPI串口转换单元；
所述的数据存储器存储所述的基于超宽带脉冲雷达系统输出的基带信号经过A/D转换后的数字信号；
程序存储器保存有DSP芯片的应用程序；
DSP芯片进行数据处理的结果由SPI串口转换单元完成对外接口。
进一步的，上述的基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪中：所述的DSP芯片的型号为TMS320C6713。
受A/D数据处理速度的限制，实时取样电路采样只适用于频率相对较低的信号，例如小于500 MHz；对于微波信号，如果信号具有可重复性，则可利用等效采样方法实现低成本地接收，即在每个重复周期内进行适量次数(一般为一次)的采样，然后综合所有采样，合成完整的输入信号。等效采样有效地降低了研制高速A/D采集电路的难度。本实用新型采用基于等效取样原理的超宽带脉冲雷达系统。发射机发射无载频纳秒或皮秒脉冲信号，接收机利用等效采样原理对雷达回波信号进行等效采样，将纳秒或皮秒脉冲信号在时问轴上展宽成毫秒量级或微秒量级基带脉冲信号。
下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
图1本实用新型实施例1的生命探测仪结构框图。
图2是本实用新型所采用的基于等效取样原理的超宽带脉冲雷达系统框图。
图3是本实用新型数字信号处理系统框图。
具体实施方式
实施例1如图1、图2所示，本实施例是一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，包括基于超宽带脉冲雷达系统、数字信号处理系统和控制显示终端；其中，超宽带脉冲雷达系统包括雷达信号发射机、雷达信号接收机。
雷达信号发射机包括第一时钟电路和脉冲产生电路和脉冲信号发射电路和脉冲信号发射天线；第一时钟电路为脉冲产生电路提供基准时钟信号，脉冲产生电路产生脉冲信号输入脉冲信号发射电路经脉冲信号发射天线发射；雷达信号接收机包括脉冲信号接收天线、低噪放大器、取样电路、对称取样脉冲源、第二时钟电路；脉冲信号接收天线接收由被测目标反射的脉冲信号，接入到低噪放大器后输入到取样电路，取样电路的取样脉冲源由对称取样脉冲源提供，对称取样脉冲源的时钟由第二时钟电路提供。第一时钟电路和第二时钟电路同步。
通过取样电路取样后的信号通过通过滤波放大后，形成基带信号，基带信号经过A/D转换以后形成数字基带信号进入数字信号处理系统对进行处理，然后通过无线通信系统传送到控制显示终端，控制显示终端。
数字信号处理系统如图3所示，该系统主要由DSP芯片(TMS320C6713)、数据存储芯片、程序存储芯片和SPI串口转换单元，(MAX311l芯片)、差分信号转换单元等组成。系统通过TMS320C6713的McBSP0口向前端雷达发送指令并接收前端雷达传输的数据。接收到的数据存储到数据存储器中，同时由DSP通过一定的算法对接收的数据进行处理。DSP将处理结果通过McBSPl口发送到MAX3111芯片，实现与RS232设备即蓝牙设备异步数据传输，同时也接收由蓝牙设备传输的控制命令。
显示终端，本系统采用PDA控制显示。因为需要远距离通讯，所以采用无线通讯方式。本设计使用蓝牙方式通讯，一方面保证了通讯距离，另一方面增加了抗干扰的能力。本系统PDA采用以windows CE为操作系统的PDA。该操作系统是基于unicode的操作系统，是微软公司为嵌入式系统而开发的一种操作系统，拥有自己的系统结构，具备独立开发内核。PDA将信号处理模块输入的信号存放与内存数据缓冲区中，系统根据对动静目标的不同算法来进行数据处理时，直接使用数据缓冲区中的数据，通过软件设计的界面显示出直观的数据或者结果。待采样完成后，将内存缓冲区中的数据形成数据文件存盘，以备后续分析。
Claims (3)
1.一种基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，包括基于超宽带脉冲雷达系统、数字信号处理系统和控制显示终端；所述的基于超宽带脉冲雷达系统与数字信号处理系统相连，数字信号处理系统与控制显示终端相连；其特征在于：所述的超宽带脉冲雷达系统包括雷达信号发射机、雷达信号接收机；
所述的雷达信号发射机包括第一时钟电路、脉冲产生电路、脉冲信号发射电路和脉冲信号发射天线；第一时钟电路为脉冲产生电路提供基准时钟信号，脉冲产生电路产生脉冲信号输入脉冲信号发射电路经脉冲信号发射天线发射；
所述的雷达信号接收机包括脉冲信号接收天线、低噪放大器、等效取样电路、对称取样脉冲源、第二时钟电路；所述的脉冲信号接收天线接收由被测目标反射的脉冲信号，接入到低噪放大器后输入到所述的等效取样电路，所述的等效取样电路的取样脉冲源由所述的对称取样脉冲源提供，所述的对称取样脉冲源的时钟由所述的第二时钟电路提供；所述的等效取样电路输出基带信号；
所述的第一时钟电路和第二时钟电路同步。
2.根据权利要求1所述的基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，其特征在于：所述的数字信号处理系统包括DSP芯片、数据存储器、程序存储器和SPI串口转换单元；
所述的数据存储器存储所述的基于超宽带脉冲雷达系统输出的基带信号经过A/D转换后的数字信号；
程序存储器保存有DSP芯片的应用程序；
DSP芯片进行数据处理的结果由SPI串口转换单元完成对外接口。
3.根据权利要求1所述的基于超宽带脉冲雷达的生命探测仪，其特征在于：所述的DSP芯片的型号为TMS320C6713。
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