[发明专利]一种单频连续毫米波多普勒传感微波墙安全空间预警方法

说明书

本发明公开了一种基于单频连续毫米波多普勒传感微波墙的安全空间预警方法。微波墙包括多个单频连续毫米波多普勒雷达，在所需预警空间的边界布置单频连续毫米波多普勒雷达，多个单频连续毫米波多普勒雷达均发射一束单方向的电磁波束，由多个电磁波束围成封闭或部分封闭的空间作为监测区域，获取每个单频连续毫米波多普勒雷达的相位信息，通过分析获得监测区域是否有外界目标进入、以及进入目标的运动模式等信息。本发明具有高空间分辨率、较好的小目标识别度、良好多普勒分辨率，有效探测捕捉低速运动、大动态范围的目标监测，完全隐身性等特点。

技术领域

本发明属于雷达传感领域，设计原理涉及雷达原理、拓扑网络、信号处理、算法等的一种电磁波检测预警方法，尤其是涉及了一种单频连续毫米波多普勒传感微波墙安全空间预警方法。

背景技术

目前，室外周界报警系统是一个世界性的难题。例如机场周围的飞鸟，对于密集航班的起降存在重大的安全隐患。在大范围三维空间实现及时有效的预警功能，急需被解决。然而传统的周界安全防护预警系统存在高虚警率、漏警率、低识别精度影响实际使用效果问题。同时，传统视觉防护手段容易受恶劣环境(如夜晚亮度低、雾霾、雨雪、沙尘等)影响，对预警识别造成很大干扰；传统无线探测设备，探测分辨率低，不能实现有效的安全防护监测。

发明内容

为了解决背景中提出的问题，本发明提出了一种基于单频连续毫米波技术Doppler传感微波墙安全空间预警系统。

本发明所采用的技术方案是：

微波墙由多个单频连续毫米波多普勒雷达组成，在所需预警空间的边界布置单频连续毫米波多普勒雷达，多个单频连续毫米波多普勒雷达均发射一束单方向的电磁波束，由多个电磁波束围成封闭或部分封闭的空间作为监测区域，通过分析获得监测区域是否有外界目标进入的结果/进入目标的运动模式的结果。

如果其中任意一个单频连续毫米波多普勒雷达的多普勒相位信息波动超过阈值，则认为监测区域中有外界目标进入。所述的波动阈值是指单频连续毫米波多普勒雷达的相位信息改变量超过单个波长的20％。

本发明通过采用单一频率的U、V、W毫米波技术，在所需预警的空间中多个位置布置单频连续毫米波多普勒雷达进行监测，利用外界目标介入空间产生的多普勒效应，获取相位信息并分析介入扰动特征，实现特定空间的立体安全空间预警。

每个单独单频连续毫米波多普勒雷达的收发制式采用U、V、W单频连续毫米波。这样可以在较小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，具有较好的空间分辨率；同时系统较宽的多普勒带宽，具有良好的多普勒分辨率，对低速微扰运动能够识别捕捉。

在U、V、W毫米波段条件下使用传统直接反正切算法，出现相位截断问题，严重影响解调信号的精度和可信度。本发明在U、V、W毫米波段条件基础下，还通过采用数字域反正切算法提取相位，解决了U、V、W毫米波段的相位跳跃截断问题，去除了解调后相位相对变化的模糊度。

获取每个单频连续毫米波多普勒雷达的相位信息具体是用数字域反正切算法提取相位：利用数字域累加获得解调多普勒相位Φ(n)，解调相位Φ(n)表示为：

其中n表示时域时刻n，Φ(n)表示第n个时刻对应相位值，D_I(n)表示第n个时刻基带多普勒同相信号，D_Q(n)表示第n个时刻基带多普勒正交信号。

所述的单频连续毫米波多普勒雷达包括射频发射模块、射频接收模块、接收天线、发射天线、微处理控制模块和时钟分配模块；基准时钟的输出端经时钟分配模块分别和两个锁相环的输入端连接，其中一个锁相环的输出端依次经带通滤波器、射频发射模块后连接到发射天线，另一个锁相环的输出端连接到正交混频器的一个输入端，正交混频器的另外两个输入端经射频接收模块连接接收天线，正交混频器的两个输出端分别经低通滤波器连接到微处理控制模块MCU。