雷达式生命探测系统设计与研制

发布时间：2020-06-08 12:48

【摘要】：上世纪70年代,基于连续波的雷达式生命探测技术被首次提出,作为一种新兴的生命探测技术,其相比于其他生命探测方式具有非接触性和不易受探测环境影响等明显优势,因此,在军事、灾后救援、安检、反恐和医疗等诸多领域拥有广阔的应用前景。目前,生命探测雷达系统的发射信号主要包括正弦连续波信号(CW)、步进频率连续波信号(SFCW)、线性调频连续波信号(LMFCW)、超宽带脉冲信号(UWB)和随机信号等,不同的发射信号有各自的优势和不足。物理随机码的功率谱宽且平坦,幅值较高,其自相关曲线类似于?函数并且具有较强的抗干扰能力,非常适合空间上的距离探测;利用正弦连续波信号进行生命探测,提取算法简单并且灵敏度高。因此,本文将物理随机码引入传统的多普勒生命探测雷达,设计了随机码-多普勒生命探测雷达系统,以随机码调制的正弦连续波信号作为发射信号进行生命信息和位置信息的检测。主要研究工作包括:1.总结了现有生命探测雷达的硬件系统结构并分析了不同结构的优缺点,总结了基于不同发射信号的生命探测技术并分析了不同探测信号进行生命探测的优缺点,对现有生命信号提取算法的研究现状进行了总结。提出将物理随机码信号引入到传统多普勒生命探测雷达中,并设计了随机码-多普勒生命探测雷达系统。2.阐述了雷达式生命探测系统的探测原理,主要介绍了随机码-多普勒生命探测雷达系统利用连续波进行生命探测,利用物理随机码信号对目标位置信息进行探测。搭建了传统多普勒生命探测雷达实验平台,并利用实验获得的回波信号对生命信号的处理方法进行了分析研究。3.设计了随机码-多普勒生命探测雷达的硬件系统,主要包括硬件系统总体方案的选择,系统信号源工作频段的选择和收发天线的设计制作。基于FPGA实现了200 MHz的物理随机码发生器,实验表明,物理随机码信号的幅值可达2 V,其功率谱宽且平坦,自相关曲线呈图钉形,具有较好的相关特性和抗干扰能力。4.设计了随机码-多普勒生命探测雷达的软件系统,主要包括采集卡采集模块和数据处理模块。设计了随机码-多普勒生命探测雷达系统的操作界面。5.对设计的随机码-多普勒生命探测雷达系统的性能在实验室环境中进行了测试,主要测试了系统的探测距离、穿透能力和分辨率,实验表明,该系统穿透20 cm厚度煤渣砖墙可探测到距墙体5 m范围内的人体呼吸频率和位置信息,能够检测到60 cm厚度煤渣砖墙后0.5 m左右处人体目标的呼吸频率并对其定位,系统分辨率为0.75 m,与信号带宽理论分辨率基本一致。
【图文】：

正交解调,硬件系统,盲点

线之间的距离使基带信号的相移常量为 /2的偶数倍时隔 /4（为探测信号的波长）雷达会出现一次探测盲系统稳定性和可靠性，，因此必须解决系统的盲点问题[问题的硬件系统结构主要有正交解调结构、双边带结自注入锁定结构等。构消除盲点采用如图 1-1 所示的正交解调结构解决系统的盲点问射到人体目标被反射回来，回波信号通过系统内部的正混频解调，使得系统输出两路基带信号始终相差 90°收通道不处于系统的探测盲点，从而保证系统的稳定性雷达结构相对简单，但难以保证两个通道振幅和相位的

双边带,硬件系统,盲点

太原理工大学硕士研究生学位论文-Contact Heartbeat Detector Measured from Four Sides of A Human Body》中介绍-2 所示的双边带结构生命探测雷达，在双边带硬件系统中包含两个本振信号，混频后作为探测信号，回波信号分别与两个本振信号进行下变频，实现两个边重新组合，使得输出中频信号的解调盲点和最佳解调点的距离差值变为 /16IF （频波长），通过控制中频信号的波长达到消除盲点的目的。双边带结构可有效的探测盲点并抑制直流偏移，但复杂的硬件结构加大了系统成本。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN95

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