CN210864038U - 一种手持式穿墙雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持式穿墙雷达装置，属于雷达领域，包括雷达主机、充电器以及充电电缆；所述的雷达主机包括天线模块、射频模块、信号处理与显示控制模块、充放电模块、机壳；雷达主机上电工作后，充电模块通过电压转换给射频模块以及信号处理及显示控制模块提供所需要的电压，当信号处理及显示控制模块接收到探测键信息后，控制射频模块产生雷达信号，通过天线发射出去，天线模块接受回波信号经过射频模块处理后送至信号处理及显示控制模块，通过算法处理后将目标信息再显示出来；本实用新型手持式穿墙雷达体积小、重量轻、有效探测范围大、灵敏度高、精度高，同时具有多目标探测与跟踪、抗干扰能力强的优势。

Description

一种手持式穿墙雷达装置

技术领域

本实用新型属于雷达领域，设计穿墙雷达领域，具体是一种手持式穿墙雷达装置。

背景技术

穿墙探测雷达(Through-wall detecting radar，TWDR)简称穿墙雷达，是一种通过电磁波信号，探测墙体或者其他障碍物后方目标的设备。穿墙雷达主要用于特种作战、反恐维稳、抢险救灾等领域。该雷达主要用于探测墙体后运动目标与微动目标。手持式穿墙雷达对轻便、小、易携带、探测范围大、灵敏度高、精度高等特点要求极高。目前手持式穿墙雷达在重量与体积上仍不满足轻小型要求，探测范围有限、灵敏度与精度较低。

实用新型内容

本实用新型针对现有手持式穿墙雷达在重量与体积上仍不满足轻小型要求，探测范围有限、灵敏度与精度较低地缺陷，公开了一种手持式穿墙雷达装置，该装置可根据墙体衰减自适应调节射频增益，能够快速探测到实心砖墙后的动目标和微动目标，具有多目标探测与跟踪能力，并且精度高。

本实用新型是这样实现的：

一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的装置包括雷达主机、充电器以及充电电缆；所述的雷达主机包括天线模块、射频模块、信号处理与显示控制模块、充放电模块、机壳；

所述的充放电模块分别与射频模块、信号处理与显示控制模块连接；所述的信号处理与显示控制模块与射频模块连接；射频模块与天线模块连接；雷达主机上电工作后，充电模块通过电压转换给射频模块以及信号处理及显示控制模块提供所需要的电压，当信号处理及显示控制模块接收到探测键信息后，控制射频模块产生雷达信号，通过天线发射出去，天线模块接受回波信号经过射频模块处理后送至信号处理及显示控制模块，通过算法处理后将目标信息通过信号处理与显示控制模块设置的OLED显示屏显示出来。

所述的信号处理与显示控制模块包括主控制器、Flash、传感器、OLED显示屏以及电源控制；所述的传感器包括温度传感器、光线传感器、重力传感器(G-Sensor)，通过前述部件完成信号处理算法；所述的显示屏具有图形显示以及数字显示两种显示模式，且通过按键切换图形显示与数字显示两种显示模式；所述的显示屏上分别设置电源、亮度、目标运行/静止探测；所述的电源按钮控制电源的开关和探测；所述的亮度按钮切换不同显示屏亮度；所述的目标运行/ 静止探测按钮用于探测模式，即运行/静止模式的切换，所述的信号处理与显示控制模块中采用线性调频连续波体制。

进一步，所述的天线模块接收射频模块产生的雷达信号，且天线模块将射频模块产生的雷达信号辐射出去，同时接收雷达回波；所述的射频模块包括锁相环、滤波器、混频器、倍频器、PA、A/D、控制单元；所述的锁相在处理器的控制下产生雷达的基带信号，经过混频、功率放大后由天线辐射出去；通过所述的滤波器滤除不需要的频段及杂波，选取所需要频段的信号；利用混频器对通过基频对雷达信号进行调制或解调，通过倍频器对调制好的雷达信号进行频率提升，提升至雷达工作频段；所述的PA对发射雷达信号进行功率放大，对接收回波信号进行功率放大；所述的A/D是对中频信号进行高速采样，将模拟信号转换为数字信号送入处理器进行后续处理分析；控制单元的功能是对相关射频器件进行初始化和配置，雷达信号的时序产生，获取器件状态信息。

进一步，所述的显示屏采用320×240分辨率的2.6寸OLED显示屏。

进一步，所述的亮度按钮中：通过单次按键循环来调节亮度，亮度分为5 个等级，依次变亮，其中一档为自动亮度调节，自动亮度调节根据光线传感器来自动调节屏幕亮度。

进一步，所述的处理算法分为成像、动目标检测和跟踪几个部分；所述的成像部分包括FMCW回波信号的脉冲压缩，即对每次扫描的中频采样数据进行 FFT，得到一维距离像；所述的动目标检测将一个CPI内的32个距离像相同分辨率单元进行二阶动目标指示处理，然后再做FFT，并对每个多普勒频率做恒虚警检测，实现动目标检测；所述的跟踪通过对距离和速度变化进行滤波，并对目标进行关联。

进一步，所述的充放电模块包括充电管理芯片、电量计、电源转换芯片，所述的充电管理芯片分别与电量计、电源转换芯片连接，通过18650电池与充电管理芯片连接；所述的充放电模块是对电池的充放电进行管理，实时检测环境温度，对电池容量进行补偿：当环境温度不适合充电时，主动关闭充电功能。

进一步，所述的装置具有待机、低功耗、探测三种工作模式，三种工作模式可切换。

进一步，所述的工作切换通过用户交互响应图体现，具体如下：

用户通过开始探测/停止探测发起探测或取消探测，其中探测与停止逻辑采用循环方式；当用户在停止状态下发起探测，处理器首先配置射频，使射频从省电模式中退出；处理器开始运行雷达数据处理的算法；

如果此时探测到目标，处理器驱动的屏幕开始显示雷达目标信息，包含目标的距离、运动方向、目标类型、数量信息，同时显示当前的总探测执行时间；

取消探测则首先配置使射频进入省电模式，通用处理器退出雷达算法，退出雷达算法线程，停止输出雷达目标信息；清除显示雷达目标信息，清除目标距离显示信息，清除探测时间显示信息。

进一步，所述的装置内置重力传感器，可根据不同的手持方向，通过亮度按钮来响应屏幕亮度调节，即左右手互换后，亮度按键与开始探测/停止探测按键定义根据左右手方向互换，即亮度按键一直是手握方向的食指位置，开始探测/ 停止探测按键一直是拇指位置，这样，不论左手握还是右手握，操作人员只需记住：拇指位置是开始探测/停止探测按键即可，避免混淆。

单次按键循环来调节亮度，亮度分为5个等级，依次变亮，其中一档为自动亮度调节，自动亮度调节根据光线传感器来自动调节屏幕亮度，不同的手持方向显示屏自动翻转，处理器控制整个系统在待机、低功耗、探测模式之间切换。

本实用新型相较于现有技术的有益效果在于：

本实用新型穿墙雷达装置由于使用连续波体制，使得体积与重量大大减小、重量轻；并且有效探测范围大、具备探测灵敏度高、响应速度快、可快速探测到微动目标、精度高的特点；本实用新型的雷达主机体积小于 230mm×100mm×60mm，重量小于500g，防水等级为IP67，可通过充电宝对雷达主机进行充电；

可根据墙体衰减自适应调节射频增益，能够快速探测到37cm实心砖墙后的动目标和微动目标，具有多目标探测与跟踪能力，可同时跟踪三个目标；实现多目标探测与跟踪；

本实用新型穿墙雷达装置具备抗干扰能力强、系统操作便捷、人机界面友好、可单手进行握持操作、可根据墙体衰减自适应调节射频增益。

附图说明

图1为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的组成框图；

图2(a)为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的天线方向图；图2(b) 为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的天线驻波图；

图3为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的射频模块系统框图；

图4为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的信号处理与显示控制模块框图；

图5为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的算法处理流程框图；

图6为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的充放电模块框图；

图7为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的用户交互响应框图；

图8为本实用新型一种手持式穿墙雷达装置的模式切换流程框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本实用新型进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型手持式穿墙雷达装置由雷达主机、充电器以及充电电缆组成。其中雷达主机包括天线模块、射频模块、信号处理与显示控制模块、充放电模块、机壳。天线模块将射频模块产生的雷达信号辐射出去，同时接收雷达回波。射频模块包含了雷达信号产生、雷达信号调制解调、信号放大、滤波器、 AD转换数据采集等。信号处理与显示控制模块包含了核心处理计算单元，负责整系统任务运行、雷达信号算法计算、各项逻辑处理以及显示雷达探测的距离、方向等信息。充放电模块包括电源产生、锂电池充电、电源保护等。具体的部件如下所述：

天线模块：本实用新型结合介质堆叠寄生贴片激励方法，在传统微带天线口面上堆叠低介电常数的介质，在介质上层附加寄生贴片，大大扩展了天线的带宽，同时减小了天线的面积和厚度，使得天线尺寸和重量大大减小，天线方向图如图 2(a)所示；天线驻波图如图2(b)所示，由天线驻波图和天线方向图可以看出：频率在2.75GHz-3.17GHz，驻波VSWR≤2，带宽400MHz。仿真增益为 7.4dB@3GHz,10dB带宽分别为127°，148°。

射频模块：射频模块包括锁相环、滤波器、混频器、倍频器、PA、A/D、控制单元，射频模块系统框图如图3所示。其中锁相环功能是在处理器的控制下产生雷达的基带信号，经过混频、功率放大后由天线辐射出去。滤波器的功能是滤除不需要的频段及杂波，选取所需要频段的信号。混频器的功能是对通过基频对雷达信号进行调制或解调。倍频器的功能是对调制好的雷达信号进行频率提升，提升至雷达工作频段。PA的功能是对发射雷达信号进行功率放大，对接收回波信号进行功率放大。A/D的功能是对中频信号进行高速采样，将模拟信号转换为数字信号送入处理器进行后续处理分析。控制单元的功能是对相关射频器件进行初始化和配置，雷达信号的时序产生，获取器件状态信息。射频模块的主要功能是采集雷达回波数据并进行一定的处理。

信号处理与显示控制模块设计：信号处理与显示控制模块包括主控制器、 Flash、各类传感器、OLED显示屏以及电源控制等，如图4所示，Flash、温度传感器、显示屏、马达、G-Sensor、光线传感器、电源控制模块、按键均与主控制器连接，主控制器为通用逻辑CPU，逻辑处理，外部传感器数据接收与处理，雷达算法实现，显示内容刷新。Flash为外置ROM存储控制，缓存雷达中间状态数据。温度传感器为实时监测电池腔体温度，为电池容量检测提供温度补充。显示屏可以显示目标状态和传感器数据，提供用户操作反馈。马达可以为用户操作震动反馈。G-Sensor：用户使用姿态判断，用户运动情况判断。光线传感器：设备使用环境光照度采集。电源控制模块：系统开关机控制。

按键：用于接收用户操作指令。该模块主要提供产品用户逻辑控制、显示驱动、实现雷达算法，负责与外部通信。实现硬件错误检查，输入错误代码。显示目标状态和传感器数据，显示设备电池状态，进行低电提醒和充电状态显示。采用320×240分辨率的2.6寸OLED显示屏，具有-40℃～+85℃的宽温特性和良好的抗冲激能力，功耗低，具有全黑到高亮的8级亮度调节。具有两种显示模式：图形显示与数字显示。

所述的显示屏上分别设置电源、亮度、目标运行/静止探测。“电源”按钮控制电源的开关和探测；“亮度”按钮切换不同显示屏亮度；“目标运行/静止探测”按钮用于探测模式(运行/静止)的切换。3个按钮直接与处理器GPIO相连。

处理算法分为几个部分：成像、动目标检测和跟踪。成像部分包括FMCW 回波信号的脉冲压缩，主要是对每次扫描的中频采样数据进行FFT，得到一维距离像。动目标检测将一个CPI内的32个距离像相同分辨率单元进行二阶动目标指示(MTI)处理，然后再做FFT，并对每个多普勒频率做恒虚警检测(CFAR)，实现动目标检测。跟踪通过对距离和速度变化进行滤波，并对目标进行关联，进一步减少因为多径引起的虚假目标，并提高了人数估计的准确性，算法处理流程如图5所示。

充放电模块：充放电模块包括充电管理芯片、电量计、电源转换芯片等，如图6所示。该模块主要功能是对18650电池的充放电进行管理，实时检测环境温度，对电池容量进行补偿。当环境温度不适合充电时，主动关闭充电功能。

用户交互响应与模式切换：用户交互响应如图7所示。用户通过按键的方式发起探测或取消探测，其中探测与停止逻辑采用循环方式。当用户在停止状态下发起探测，处理器首先配置射频，使射频从省电模式中退出。处理器开始运行雷达数据处理的算法。如果此时探测到目标，处理器驱动的屏幕开始显示雷达目标信息，包含目标的距离、运动方向、目标类型、数量等信息，同时显示当前的总探测执行时间。

取消探测则首先配置使射频进入省电模式，通用处理器退出雷达算法，退出雷达算法线程，停止输出雷达目标信息。清除显示雷达目标信息，清除目标距离显示信息，清除探测时间显示信息。

该装置内置重力传感器，可根据不同的手持方向(左右手握持方向)，通过不同按键来响应屏幕亮度调节(即左右手互换后，按键功能随之按键相对位置互换而自动切换)，单次按键循环来调节亮度，亮度分为5个等级，依次变亮，其中一档为自动亮度调节，自动亮度调节根据光线传感器来自动调节屏幕亮度。不同的手持方向显示屏自动翻转。

处理器控制整个系统在待机、低功耗、探测模式之间切换。处理流程如图8 所示，当用户按下开机键后，系统处于待机模式，若按下开始探测按键，则切换成探测模式，

若长时间无操作，则切换成低功耗模式；在低功耗模式下，按下开始探测按键，切换成探测模式，按下亮度调节按键，切换成待机模式；在探测模式下，按下停止探测按键，则切换成待机模式；在待机模式、低功耗模式、探测模式任一模式下，按关机按键，均能关机。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的装置包括雷达主机、充电器以及充电电缆；所述的雷达主机包括天线模块、射频模块、信号处理与显示控制模块、充放电模块、机壳；

所述的充放电模块分别与射频模块、信号处理与显示控制模块连接；所述的信号处理与显示控制模块与射频模块连接；射频模块与天线模块连接；

雷达主机上电工作后，充电模块通过电压转换给射频模块以及信号处理及显示控制模块提供所需要的电压，当信号处理及显示控制模块接收到探测键信息后，控制射频模块产生雷达信号，通过天线发射出去，天线模块接受回波信号经过射频模块处理后送至信号处理及显示控制模块，通过算法处理后将目标信息再显示出来；

所述的信号处理与显示控制模块包括主控制器、Flash、传感器、OLED显示屏以及电源控制，通过前述主控制器、Flash、传感器、OLED显示屏以及电源控制完成信号处理算法；所述的显示屏具有图形显示以及数字显示两种显示模式，且通过按键切换图形显示与数字显示两种显示模式；所述的显示屏上分别设置电源、亮度按钮、目标运行/静止探测；电源的开关和探测利用电源按钮控制；所述的亮度按钮能够切换不同显示屏亮度；所述的目标运行/静止探测按钮用于探测模式，即运行/静止模式的切换，所述的信号处理与显示控制模块中采用线性调频连续波体制。

2.根据权利要求1所述的一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的天线模块接收射频模块产生的雷达信号，且天线模块将射频模块产生的雷达信号辐射出去，同时接收雷达回波；所述的射频模块包括锁相环、滤波器、混频器、倍频器、PA、A/D、控制单元；所述的锁相在处理器的控制下产生雷达的基带信号，经过混频、功率放大后由天线辐射出去；通过所述的滤波器滤除不需要的频段及杂波，选取所需要频段的信号；利用混频器对通过基频对雷达信号进行调制或解调，通过倍频器对调制好的雷达信号进行频率提升，提升至雷达工作频段；所述的PA对发射雷达信号进行功率放大，对接收回波信号进行功率放大；所述的A/D是对中频信号进行高速采样，将模拟信号转换为数字信号送入处理器进行后续处理分析；控制单元的功能是对相关射频器件进行初始化和配置，雷达信号的时序产生，获取器件状态信息。

3.根据权利要求1所述的一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的显示屏采用320×240分辨率的2.6寸OLED显示屏。

4.根据权利要求1所述的一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的充放电模块包括充电管理芯片、电量计、电源转换芯片；所述的充放电模块是对电池的充放电进行管理，实时检测环境温度，对电池容量进行补偿：当环境温度不适合充电时，主动关闭充电功能。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的装置具有待机、低功耗、探测三种工作模式，三种工作模式可切换。

6.根据权利要求1所述的一种手持式穿墙雷达装置，其特征在于，所述的雷达主机体积小于230mm×100mm×60mm，重量小于500g，防水等级为IP67，通过充电宝对雷达主机进行充电。

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