基于CPPWM-MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于灾害检测领域，公开了一种基于CPPWM

【技术实现步骤摘要】
基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法


[0001]本专利技术属于灾害检测领域，具体涉及一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法。

技术介绍

[0002]生命探测雷达主动发射电磁波穿透障碍物，通过接收和分析被困人员反射的回波，识别呼吸等生命信号，从而判断废墟下是否掩埋有幸存者。相比于传统的基于红外线、音频、声波和光学成像的生命探测仪(传感器与微系统,Vol.30,p.8
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10,2011)，生命探测雷达具有不受环境温度、噪音和现场可见度影响等明显优势。
[0003]现有的生命探测雷达主要包括连续波多普勒雷达(IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,Vol.61,p.2046
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2060,2013)、线性调频连续波雷达(IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,Vol.62,p.1387
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1399,2014)、步进频率连续波雷达(IEEE J.Sel.Topics Appl.Earth Observ.,Vol.7,p.775
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782,2014)、脉冲超宽带雷达(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.52,p.7195
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7204,2014)以及伪随机码超宽带雷达(IEICE Electron.Expr.,Vol.11,p.1
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7,2014)。连续波多普勒雷达发射单频连续波作为探测信号，通过解调人体目标引起的回波相移/频移获得呼吸、心跳等生命信号，但其无法精确定位人体目标。其余雷达则是在获取人体目标一维距离的基础上，进一步通过测量距离随观测时间的变化规律来获得呼吸信号。现有生命探测雷达多采用单发单收结构，其存在以下缺陷：1.只能逐点搜寻，耗时长且探测效率低，延误搜救时间；2.只能获得人体目标的呼吸信号和一维距离向信息，无法得到其方位向信息，导致废墟下如果掩埋多个呼吸频率和埋藏深度相近的人体，生命探测雷达无法准确区分和识别。
[0004]此外，现有生命检测算法采用多种杂波抑制和噪声分离算法的组合，对各类杂波和噪声进行逐层抑制或消除，以期望得到“干净”的生命信号。例如：经验模态分解(EMD)(科技导报,Vol.32,p.36
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42,2014)、集成经验模态分解(EEMD)(Sensors,Vol.16,2016)以及多重高阶累计量(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.50,p.1254
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1265,2011)被用于抑制噪声干扰。基于线性最小二乘拟合(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.48,p.2005
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2014,2009)的线性趋势去除法(LTS)(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.50,p.3132
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3142,2012)被用于去除静态杂波和线性趋势。奇异值分解(SVD)(Digit.Signal Process.,Vol.74,p.72
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93,2018)被用于去除静态杂波。然而，生命检测算法包含的杂波抑制/去噪算法越多，算法内部的控制参量也越多，不仅加大了自适应调节的难度，也增加了处理时间，降低了算法的鲁棒性和实时性。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有生命探测雷达在灾后低信噪杂比环境中搜寻多生命体时存在的虚警率和漏警率高的问题，提出了一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，包括CPPWM信号发生器、多个功率放大器、Vivaldi线性稀疏阵列天线、多个低噪放大器、多通道高速混合采样器和数据处理系统；
[0007]所述CPPWM信号发生器通过设置不同的Logistic映射单元和Tent映射单元的初值，同时产生正交的多路CPPWM探测信号和与之一一对应的多路CPPWM参考信号；每个CPPWM探测信号分别连接一个功率放大器的信号输入端，每个CPPWM参考信号分别与多通道高速混合采样器的一个信号输入端相连接；
[0008]所述Vivaldi线性稀疏阵列天线包括位于中间多个发射天线和位于两侧的多个接收天线，每个发射天线分别连接一个功率放大器的信号输出端，每个接收天线的输出端分别与一个低噪放大器的信号输入端相连接；每个低噪放大器的信号输出端与所述多通道高速混合采样器的信号输入端连接；
[0009]所述多通道高速混合采样器的信号输出端与所述数据处理系统连接，所述数据处理系统用于计算分析，得到生命体检测结果。
[0010]所述功率放大器和低噪放大器的数量为个，所述Vivaldi线性稀疏阵列天线包括位于中间的六个发射天线和位于两侧的各三个接收天线；
[0011]所述数据处理系统包括多核中央处理器、数据处理模块和结果显示模块；
[0012]所述数据处理模块用于计算参考和回波数据；
[0013]所述结果显示模块用于显示多生命体检测结果；
[0014]所述多核中央处理器用于控制数据处理模块和结果显示模块的正常运行。
[0015]所述发射天线和接收天线均为改进型Vivaldi天线，所述改进型Vivaldi天线是指在Vivaldi天线的馈线末端对应的辐射臂上设置互补开口谐振环，在辐射贴片两侧加载多条长度不同的Y形缝隙。
[0016]所述CPPWM信号发生器包括：
[0017]Logistic映射器、第一计数器、第二计数器、Tent映射器、第一比较器、第二比较器、脉冲发生器和信号储存输出模块；
[0018]所述Logistic映射器的输出为X
n+1
＝4(1
‑
X
n
)X
n
，其中，X表示Logistic映射函数的初值，X
n
表示Logistic映射函数经第n次循环计算后的输出值；第一计数器和Logistic映射器的输出端与第一比较器连接，Tent映射器的输出为Y
n+1
＝1.99(0.5
‑
|Y
n
‑
0.5)，其中，Y表示Tent映射函数的初值，Y
n
表示Tent映射函数经第n次循环计算后的输出值；第二计数器和Tent映射器的输出端与第二比较器连接，第一比较器和第二比较器的输出端与脉冲发生器的输入端连接，分别用于触发脉冲发生器持续输出高电平信号和低电平信号，脉冲发生器输出的高电平信号用于使能控制Tent映射器和第二计数器开始工作，还用于控制Logistic映射器和第一计数器停止工作，并复位第一计数器；脉冲发生器输出的低电平信号，用于使能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，其特征在于，包括CPPWM信号发生器(1)、多个功率放大器(2)、Vivaldi线性稀疏阵列天线(3)、多个低噪放大器(4)、多通道高速混合采样器(5)和数据处理系统；所述CPPWM信号发生器(1)通过设置不同的Logistic映射单元和Tent映射单元的初值，同时产生正交的多路CPPWM探测信号和与之一一对应的多路CPPWM参考信号；每个CPPWM探测信号分别连接一个功率放大器(2)的信号输入端，每个CPPWM参考信号分别与多通道高速混合采样器(5)的一个信号输入端相连接；所述Vivaldi线性稀疏阵列天线(3)包括位于中间多个发射天线(31)和位于两侧的多个接收天线(32)，每个发射天线(31)分别连接一个功率放大器(2)的信号输出端，每个接收天线(32)的输出端分别与一个低噪放大器(4)的信号输入端相连接；每个低噪放大器(4)的信号输出端与所述多通道高速混合采样器(5)的信号输入端连接；所述多通道高速混合采样器(5)的信号输出端与所述数据处理系统连接，所述数据处理系统用于计算分析，得到生命体检测结果。2.根据权利要求1所述的一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，其特征在于，所述功率放大器(2)和低噪放大器(4)的数量为6个，所述Vivaldi线性稀疏阵列天线(3)包括位于中间的六个发射天线(31)和位于两侧的各三个接收天线(32)；所述数据处理系统包括多核中央处理器(6)、数据处理模块(7)和结果显示模块(8)；所述数据处理模块(7)用于计算参考和回波数据；所述结果显示模块(8)用于显示多生命体检测结果；所述多核中央处理器(6)用于控制数据处理模块(7)和结果显示模块(8)的正常运行。3.根据权利要求1所述的一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，其特征在于，所述发射天线(31)和接收天线(32)均为改进型Vivaldi天线，所述改进型Vivaldi天线是指在Vivaldi天线的馈线末端对应的辐射臂(33)上设置互补开口谐振环(34)，在辐射贴片(35)两侧加载多条长度不同的Y形缝隙(36)。4.根据权利要求1所述的一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，其特征在于，所述CPPWM信号发生器(1)包括：Logistic映射器(9)、第一计数器(10)、第二计数器(11)、Tent映射器(12)、第一比较器(13)、第二比较器(14)、脉冲发生器(15)和信号储存输出模块；所述Logistic映射器(9)的输出为X
n+1
＝4(1
‑
X
n
)X
n
，其中，X0表示Logistic映射函数的初值，X
n
表示Logistic映射函数经第n次循环计算后的输出值；第一计数器5和Logistic映射器(9)的输出端与第一比较器(13)连接，Tent映射器(12)的输出为Y
n+1
＝1.99(0.5
‑
|Y
n
‑
0.5|)，其中，Y0表示Tent映射函数的初值，Y
n
表示Tent映射函数经第n次循环计算后的输出值；第二计数器(11)和Tent映射器(12)的输出端与第二比较器(14)连接，第一比较器(13)和第二比较器(14)的输出端与脉冲发生器(15)的输入端连接，分别用于触发脉冲发生器(15)持续输出高电平信号和低电平信号，脉冲发生器(15)输出的高电平信号用于使能控制Tent映射器(12)和第二计数器(11)开始工作，还用于控制Logistic映射器(9)和第一计数器(10)停止工作，并复位第一计数器(10)；脉冲发生器(15)输出的低电平信号，用于使能控制Tent映射器(12)和第二计数器(11)停止工作，并复位第二计数器(11)，还用于使能控制Logistic映射(9)和第一计数器(10)开始工作并更新进入下一状态；脉冲发生器(15)输出
的电平信号经信号储存输出模块存储和输出。5.根据权利要求4所述的一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，其特征在于，所述信号储存输出模块包括：串行化器(16)、寄存器(17)、逻辑比较器(18)、写地址计数器(19)、静态随机存取存储器(20)、静态随机存取存储控制器(21)、读地址计数器(22)、串行收发复位控制器(23)、串行收发器(24)、差分输出模块(25)；所述串行化器(16)用于将脉冲发生器(15)输出的低速串行信号转化为并行数据后，传输至寄存器(17)中缓存，逻辑比较器(18)用于对寄存器(17)中的数据按照写入顺序进行提取和逻辑选择后发送至静态随机存取存储控制器(21)，还用于产生一个脉冲时钟信号发送静态随机存取存储控制器(21)和写地址计数器(19)；写地址计数器(19)产生的写地址数据与逻辑比较器(18)发送的脉冲时钟信号和数据配合，使静态随机存取存储控制器(21)将数据写入到静态随机存取存储器(20)中；串行收发复位控制器(23)用于解除串行收发器(24)复位状态，串行收发器(23)用于产生反馈时钟，并发送至读地址计数器(22)以及静态随机存取存储控制器(21)，读地址计数器(22)产生的读地址数据与串行收发器(24)发送的反馈时钟配合，使静态随机存取存储控制器(21)将静态随机存取存储器(20)中的数据读出，并写入到串行收发器(24)中，最终串行收发器(24)将数据解串化，并通过差分输出模块(25)输出CPPWM信号。6.根据权利要求1所述的一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测装置，所述多通道高速混合采样器(5)包括现场可编程门阵列(27)和多个数据通道，每个数据通道包括串行外设接口(28)、可编程延时芯片(29)和模数转换器(30)；所述现场可编程门阵列(27)用于通过串行外设接口(28)控制可编程延时芯片(29)，对模数转换器(30)的工作时钟(37)进行延时。7.一种基于CPPWM
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MIMO雷达的多生命体智能检测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种装置实现，包括以下步骤：S1、混沌相关滤波和测距：对各个CPPWM回波信号和各个CPPWM参考信号分别进行两两互相关计算得到各个互相关曲线，进行匹配滤波和测距计算；S2、对互相关曲线进行处理得到生命体信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐航，马铖，李静霞，刘丽，王冰洁，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：