基于UWB雷达探测的安防系统

1、实现形式

A、P440超宽带雷达

P440超宽带雷达发射高带宽的高斯脉冲，中心频率4GHz，带宽2GHz（看图1），波形分辨率可达厘米级，发射功率低于1毫瓦。超宽带雷达既能接收来自单基站雷达的信号也可接收来自双基站雷达的信号。收发器内部的精确时钟确保了在作为单基站雷达使用时发送和接收脉冲的时序性。在双基站雷达模式下，需一台装置发送脉冲信号，而后另外一台接收响应。系统内对脉冲信号的完整响应其实就是扫描，一个发送端与一个接收端间的所有扫描称为一条关系。

图1：P440模块基础调制信号的时长和频率

B、无线电通信网

看图2，每个架杆放置3个模块，每3个架杆为一组，共两组，每组平行树立并保持20米间距，组内每个架杆间隔约40米。尽管每台设备都能够发射脉冲，但只需要架杆中间那台执行这一功能。由于发射功率的限制，一台发射端设备的信号无法被系统内所有其他设备接收。为克服这一困难，系统分作6根架杆，每根架杆我们称为1个单元。每个单元内的发射端设备遵循TDMA协议进行脉冲发射，每一个发射端在该协议下都会有一段属于它发射的时间，而其它模块在这段时间内只能被动的接收。6根架杆包含18个模块，对于某个特定的时间段，只有一台对应的模块能够发送脉冲。也可在特定发射端运行单基站雷达模式时，其余17台设备运行多基站雷达模式。图2显示的是1号架杆中间设备作为发射端的情况。每个单元内存在的关系数最多有108个，其中有21个是几何独立的。

图2：工作网——特定发送时间段对应的特定发送端

2、侦测与定位

a）信号处理

原始扫描数据只有被加以一系列信号处理步骤后才能够进行评估作为侦测的依据。第一步，检测信号的有效性。第二步，用带通滤波器提高信号的信噪比（SNR）。由于收发器有时不能在准确的时间点捕获波形，为了弥补这一缺点，晚于标准时间的信号会进行相关转化来匹配先前的信号，从而最小化相对残差。第三步，扫描数据会通过与本条关系的先前数据对比进行运动滤波。

b）侦测

侦测其实是信号处理的第三步得到的扫描点的集合，通过CFAR技术找到运动滤波前后的差异。

c）定位

到了这一步，系统已经具有一个来自多个关系的侦测点列表。那么接下来就要对这个列表所包含的目标信息进行评估。定位的手段有很多，本系统通过一个定位解算过程将侦测列表转换为2D坐标，然后将结果送至一个线性卡尔曼追踪器。模块的高分辨率以及极大的关系数目使得每个目标能够生成很多个侦测数据，所以高密度计算的定位解算过程可以将侦测数据提取为几个聚点。

每条关系的侦测点能够定义一个活动椭圆区，这里的椭圆概念包含圆形，计算机能够计算出椭圆间的交点。这个算法并不是完全的平方阶，因为没必要计算来自同一条关系的椭圆交点，并且当收发器因远离目标以至于无法侦测时系统会遗漏对这些交点的计算。一对侦测点能够生成四个交点，每个交点都具有一个能量强度值。接着，定位解算过程会搜索所有的交点寻找聚点，判断依据便是强度值。选取高强度值交点密集的区域，中心点即是聚点。与该聚点相关的侦测点会被从交点图中移除，如此反复。当不再有侦测点存在或者聚点达到一定数量时，这个过程将中断。定位解算过程遵循TDMA协议，以4Hz的频率对侦测点进行评估。图4显示了在一个TDMA循环中单人产生的椭圆交点以及聚点。

图4：一个TDMA周期内的定位结算过程

d）跟踪

下一步是将聚点送至一个基于目标跟踪器的卡尔曼滤波器，每一个聚点都可作为跟踪器的“测量参考”以预测目标的行为。

e）前端识别

图5：人的图像

图6：仿鹿形道具图像