基于调频连续波雷达的人体运动检测

发布时间：2021-12-22 07:10

　　随着雷达种类的丰富和信号处理技术的成熟,雷达在生活的方方面面都发挥着巨大的作用。雷达的主要作用是根据从目标反射回的信号来估计目标相对雷达的距离、速度以及到达角度等关键数据,进而实现对目标的定位和识别。在众多雷达中,调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）雷达有诸多优势,如硬件成本相对低、实现简单、精度高且能够穿透一些常见的障碍物,现广泛被用于定位和运动检测等领域。本文研究并设计了一款工作在2.7G-3.7GHZ频段,具有4根发送天线和12根接收天线的FMCW雷达,用于实时的检测人体的运动状态。该雷达系统能穿透如屏风、木门、玻璃门等障碍物,以较高精度对单个目标甚至多个目标进行实时定位和运动检测。雷达系统的硬件主要分为五个模块:信号发生器模块、SWITCH模块、天线阵列模块、单片机控制模块以及USRP（Universal Software Radio Peripheral）模块。天线收发的信号是由信号发生器产生的稳定调频连续波。由于用到了4发12收的多天线组合,需要由SWITCH模块和单片机模块来联合控制切换天线,保证在每一个时刻只有一... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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FMCW硬件平台整体框架示意图

第二章FMCW雷达设计与运动检测算法图2-1FMCW硬件平台整体框架示意图图2-2锁相环电路图压控振荡器是一种特殊的振荡电路，其输入信号为控制电压，输出信号为频率，二者具有确定的函数映射关系。本文使用的VCO的型号为ZX95-3800A+，支持频率范围为1.9GHZ到3.7GHZ。实际在设计的时候可根据需求选择不同的器件，根据需要的信号带宽选择相应的频率合成器；接着确定相应VCO的输入输出参数，7

电子科技大学硕士学位论文比如输入电压、增益等来计算出环路滤波器的相应参数；最后通过ADISimPLL这款软件自动产生电路图并导出对应的印刷电路板图。图2-3ADISimPLL生成的环路滤波器电路板图2.1.2单片机控制模块和SWITCH模块本系统设计中使用了STM32单片机，以ADF4159频率合成器的MUXOUT引脚输出的扫频结束脉冲作为触发信号，通过单片机轮流切换SWITCH输入输出端口。单片机的程序使用MBED类编写，抖动最大为0.15微秒。利用ADF4159触发器的下降沿，单片机通过拉低电平发送天线编号。由于共存在4×12=48组天线收发对，故只需6个比特即可完成对天线组合的编号。图2-4展示了天线切换信号的生成步骤，当ADF4159同步信号的下降沿出现时，会被单片机捕捉到，立刻进入中断，并输出6比特的数字信号来控制SWITCH输出的切换，确保每个扫频周期只有一组天线进行收发信号。在单片机外部有一个下拉电路将单片机的输出信号和同步信号进行叠加，输入给USRP的第二个输入通道，供后续计算机进行帧的同步匹配。SWITCH模块的核心是ADRF5040芯片，搭配简单的外围电路即可实现天线切换功能。SWITCH模块实物如图2-5所示。8


本文编号：3545978