一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法，所述微波栅栏雷达装置：包括时钟管理器、信号收发单元、数字信号处理器、控制器以及报警信息输出接口，所述时钟管理器为信号收发单元、数字信号处理器、控制器提供时钟，所述信号收发单元用于产生发射信号和本振信号，并对信号进行处理，经处理后的信号输入到数字信号处理器，控制器读取数字信号处理器处理后的结果，并根据处理结果判断是否指示报警信息输出接口输出报警信息。本发明专利技术能够避免栅栏处远离目标对系统造成的虚警，相对于现有周界检测技术在进行远距离快速入侵目标检测时，系统的检测性能获得提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达检测领域，具体涉及一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法。
技术介绍
周界检测是指重要设施与外界环境相连时，加上了一道隔离措施，来阻挡一切未被允许的人、动物的闯入。随着社会的发展，人们对全天候、全天时周界检测的需求日益强烈，使得微波栅栏雷达应运而生，广泛应用于反恐、岛礁防卫、机场监视等诸多场合。由于FMCW雷达在周界检测领域相对于脉冲雷达的优势[ButlerW.BenefitsofwideareaintrusiondetectionsystemusingFMCWradar]，现有微波栅栏雷达多采用FMCW信号体制。罗马大学的CarusoM等人于2013年研制了一部X波段的FMCW机场监视雷达[CarusoM.AnX-bandFMCWradarforairports'perimetersurveillance]，该雷达采用自差拍接收机结构，运用二维FFT算法实现了对机场周界入侵目标的检测。附图1给出了FMCW雷达自差拍系统结构原理框图。发射信号通过耦合器耦合后得到两路输出，一路在环形器的控制下经由天线发射出去；另一路作为本振信号与回波信号混频，将混频后的信号经过滤波放大后进行A/D转换，继而进行后续的信号处理工作。分析可知，现有技术在FMCW信号体制下，采用二维FFT算法，通过选择较小的调频周期T以覆盖更大的速度范围。然而，对于远距离周界入侵目标，回波延时与调频周期如附图2所示可以比拟，使得回波信号与本振信号混频时，由于在时间轴上错开引起中频信号功率的损失；并且，现有技术在单通道结构下无法区分目标运动的方向，从而对远离目标造成虚警，降低了系统的检测性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微波栅栏雷达装置与目标检测方法，解决目前对远距离快速入侵目标检测时，存在信号功率损失以及无法区分目标运动方向，从而导致雷达系统性能下降的问题。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案实现：一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：包括时钟管理器、信号收发单元、数字信号处理器、控制器以及报警信息输出接口，所述时钟管理器为信号收发单元、数字信号处理器、控制器提供时钟，所述信号收发单元用于产生发射信号和本振信号，并对信号进行处理，经处理后的信号输入到数字信号处理器，控制器读取数字信号处理器处理后的结果，并根据处理结果判断是否指示报警信息输出接口输出报警信息。进一步地，作为优选方案，所述信号收发单元包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括发射信号产生器和发射天线，发射信号产生器用于产生发射信号，并通过发射天线将发射信号发射出去；所述接收部分包括本振信号产生器、接收天线、低噪声放大器、混频器、带通滤波器、放大器以及A/D转换器，接收天线用于接收回波信号，回波信号经低噪声放大器放大之后与本振信号产生器产生的本振信号在混频器中进行混频，混频后的信号输入到带通滤波器中进行滤波处理，滤波后的信号经放大器放大后输入到A/D转换器中进行模数转换，得到的数字信号输入到数字信号处理器。进一步地，作为优选方案，所述发射信号产生器包括直接频率合成器A、混频器A和带通滤波器A，所述本振信号产生器包括直接频率合成器B、混频器B和带通滤波器B，直接频率合成器A和直接频率合成器B分别通过控制器发出的不同频率控制字进行控制，直接频率合成器A和直接频率合成器B由时钟管理器提供时钟；还包括高频振荡器，高频振荡器产生两路高频信号，一路高频信号与直接频率合成器A产生的信号在混频器A中进行混频后，输入到带通滤波器A中，经带通滤波器A滤波后得到发射信号；另一路高频信号与直接频率合成器B产生的信号在混频器B中进行混频后，输入到带通滤波器B中，经带通滤波器B滤波后得到本振信号。进一步地，作为优选方案，所述发射信号产生器包括直接频率合成器C和倍频锁相环C，本振信号产生器包括直接频率合成器D和倍频锁相环D，直接频率合成器C和直接频率合成器D由时钟管理器提供时钟，且直接频率合成器C和直接频率合成器D分别通过控制器发出的不同频率控制字进行控制，直接频率合成器C产生的信号经倍频锁相环C倍频后，得到发射信号；直接频率合成器D产生的信号经倍频锁相环D倍频后，得到本振信号。一种基于上述微波栅栏雷达装置的目标检测方法，包括以下步骤：(a)产生发射信号，接收回波信号，并相对于发射信号延时产生本振信号；(b)本振信号与回波信号进行混频，然后对混频后的信号进行滤波处理；(c)对滤波后的信号进行放大处理，然后进行模数转换，得到数字中频信号；(d)对数字中频信号依次进行数字下变频处理、运动目标显示处理、二维FFT处理；(e)将步骤(d)得到的处理结果与设定的门限值进行比较，判断有无入侵目标。进一步地，作为优选方案，所述步骤(a)的具体过程为：(a1)发射信号产生：设LFMCW(线性调频连续波)发射信号的载波起始频率为f0，调频带宽为B，调频周期为T，以[0,T]的时间区间作为参考时间区间，记初始时刻发射信号的相位为0，则发射信号在t时刻的表达式为：S(t)=A0cos2π(f0t+12ut2),t∈[0,T]---(1)]]>其中，A0为发射信号的幅度，u＝B/T为发射信号的调频斜率；(a2)回波信号接收：对于第m个周期的运动目标回波信号(其中m＝0,1,...M，M表示一个相参处理间隔内的周期数)，在[0,T]的参考时间区间内相对于发射信号而言表现在运动目标的初始距离不同；记目标的径向运动速度为v，其相对于雷达视线的初始距离为R0，则在第m个周期其回波信号延时τm(t)可表示为：τm(t)=2(R0-vmT-vt)c,t∈[0,T]---(2)]]>其中，c为光速，令τ0＝2R0/c为目标的初始回波延时，k＝2v/c为多普勒系数，则第m个周期其回波信号延时τm(t)可进一步表示为：τm(t)＝τ0-kmT-kt,t∈[0,T](3)因此，在[0,T]的参考时间区间内，第m个周期的回波信号表示为：Sr,m(t)=γA0cos2π(f0(t-τm(t))+12u(t-τm(t))2),t∈[τ0,T+τ0]---(4)]]>其中γ为回波信号相对于发射信号幅度的衰减系数；(a3)本振信号产生：本振信号相对于发射信号而言在时间轴上有一个固定的延时，这里，将要求的最远周界检测距离记为参考距离Rref，则对应的延时为τref＝2Rref/c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：包括时钟管理器、信号收发单元、数字信号处理器、控制器以及报警信息输出接口，所述时钟管理器为信号收发单元、数字信号处理器、控制器提供时钟，所述信号收发单元用于产生发射信号和本振信号，并对信号进行处理，经处理后的信号输入到数字信号处理器，控制器读取数字信号处理器处理后的结果，并根据处理结果判断是否指示报警信息输出接口输出报警信息。

【技术特征摘要】
1.一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：包括时钟管理器、信号收发单元、数字信号
处理器、控制器以及报警信息输出接口，所述时钟管理器为信号收发单元、数字信号处理
器、控制器提供时钟，所述信号收发单元用于产生发射信号和本振信号，并对信号进行处
理，经处理后的信号输入到数字信号处理器，控制器读取数字信号处理器处理后的结果，
并根据处理结果判断是否指示报警信息输出接口输出报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：所述信号收发单元包
括发射部分和接收部分，所述发射部分包括发射信号产生器和发射天线，发射信号产生器
用于产生发射信号，并通过发射天线将发射信号发射出去；所述接收部分包括本振信号产
生器、接收天线、低噪声放大器、混频器、带通滤波器、放大器以及A/D转换器，接收天
线用于接收回波信号，回波信号经低噪声放大器放大之后与本振信号产生器产生的本振信
号在混频器中进行混频，混频后的信号输入到带通滤波器中进行滤波处理，滤波后的信号
经放大器放大后输入到A/D转换器中进行模数转换，得到的数字信号输入到数字信号处理
器。
3.根据权利要求2所述的一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：所述发射信号产生器
包括直接频率合成器A、混频器A和带通滤波器A，所述本振信号产生器包括直接频率合
成器B、混频器B和带通滤波器B，直接频率合成器A和直接频率合成器B分别通过控制
器发出的不同频率控制字进行控制，直接频率合成器A和直接频率合成器B由时钟管理器
提供时钟；
还包括高频振荡器，高频振荡器产生两路高频信号，一路高频信号与直接频率合成器A
产生的信号在混频器A中进行混频后，输入到带通滤波器A中，经带通滤波器A滤波后得
到发射信号；另一路高频信号与直接频率合成器B产生的信号在混频器B中进行混频后，
输入到带通滤波器B中，经带通滤波器B滤波后得到本振信号。
4.根据权利要求2所述的一种微波栅栏雷达装置，其特征在于：所述发射信号产生器
包括直接频率合成器C和倍频锁相环C，本振信号产生器包括直接频率合成器D和倍频锁
相环D，直接频率合成器C和直接频率合成器D由时钟管理器提供时钟，且直接频率合成
器C和直接频率合成器D分别通过控制器发出的不同频率控制字进行控制，直接频率合成
器C产生的信号经倍频锁相环C倍频后，得到发射信号；直接频率合成器D产生的信号经
倍频锁相环D倍频后，得到本振信号。
5.一种基于权利要求1～4任一项所述的微波栅栏雷达装置的目标检测方法，其特征在
于：包括以下步骤：
(a)产生发射信号，接收回波信号，并相对于发射信号延时产生本振信号；
(b)本振信号与回波信号进行混频，然后对混频后的信号进行滤波处理；
(c)对滤波后的信号进行放大处理，然后进行模数转换，得到数字中频信号；
(d)对数字中频信号依次进行数字下变频处理、运动目标显示处理、二维FFT处理；
(e)将步骤(d)得到的处理结果与设定的门限值进行比较，判断有无入侵目标。
6.根据权利要求5所述的一种入侵目标检测方法，其特征在于：所述步骤(a)的具
体过程为：
(a1)发射信号产生：
设LFMCW发射信号的载波起始频率为f0，调频带宽为B，调频周期为T，以[0,T]的时
间区间作为参考时间区间，记初始时刻发射信号的相位为0，则发射信号在t时刻的表达式
为：
S(t)=A0cos2π(f0t+12ut2),t∈[0,T]---(1)]]>其中，A0为发射信号的幅度，u＝B/T为发射信号的调频斜率；
(a2)回波信号接收：
对于第m个周期的运动目标回波信号(其中m＝0,1,...M，M表示一个相参处理间隔内
的周期数)，在[0,T]的参考时间区间内相对于发射信号而言表现在运动目标的初始距离不
同；记目标的径向运动速度为v，其相对于雷达视线的初始距离为R0，则在第m个周期其
回波信号延时τm(t)可表示为：
τm(t)=2(R0-vmT-vt)c,t∈[0,T]---(2)]]>其中，c为光速，令τ0＝2R0/c为目标的初始回波延时，k＝2v/c为多普勒系数，则第m个
周期其回波信号延时τm(t)可进一步表示为：
τm(t)＝τ0-kmT-kt,t∈[0,T](3)
因此，在[0,T]的参考时间区间内，第m个周期的回波信号表示为：
Sr,m(t)=γA0cos2π(f0(t-τm(t))+12u(t-τm(t))2),t∈[τ0,T+τ0]---(4)]]>其中γ为回波信号相对于发射信号幅度的衰减系数；
(a3)本振信号产生：
本振信号相对于发射信号而言在时间轴上有一个固定的延时，这里，将要求的最远周
界检测距离记为参考距离Rref，则对应的延时为τref＝2Rref/c；同时，本振信号在频率轴上载波
起始频率高于或低于发射信号载波起始频率一个固定的频率，该频率为带通滤波器的中心
频率，记为fIF；这里，以高本振为例，则本振信号可表示为：
Sl(t)=A0cos2π((f0+fIF)(t-τref)+12u(t-τref)2),t∈[τref,T+τref]---(5)]]>其中，A0为本振信号的幅度，同时A0也是发射信号的幅度。
7.根据权利要求6所述的一种目标检测方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祝明，洪惠宇，张新旺，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51