超宽带穿墙雷达

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超宽带穿墙雷达数据采集系统的设计与实现

ｄｏｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓａｍｐｌｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ，ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＡＲＭａｎｄＰＣｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｒａｄａｒｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，ｉｔｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｕｓｅｒｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｓｔｒｏｎｇｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｒｅｍｏｔｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｏｕｇｈ — ｗａｌｌｒａｄａｒ；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｐｓｅｕｄｏ — ｒａｎｄｏｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓａｍｐｌｉｎｇ；ｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｌｏｎｇｄａｔａｇａｔｈｅｒｉｎｇｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｌａｃｋｏｆｏｖｅｒａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｄｉｓｐｌａｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈ — ｗａｌｌｒａｄａｒｒｅｃｅｉｖｅｒ，ａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｈｒｏｕｇｈ — ｗａｌｌｒａｄａｒｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ。Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ：ｔｈｅｐｓｅｕｄｏ — ｒａｎ

超宽带穿墙雷达成像原理

超宽带穿墙雷达成像原理今天来聊聊超宽带穿墙雷达成像原理。

你看啊，在生活中我们有时候会觉得眼睛不够用，比如说你想知道墙那头有啥，眼睛可看不到。

但是超宽带穿墙雷达就像是有了一双“透视眼”，能够透过墙看到后面的物体成像，可神奇了。

超宽带穿墙雷达的原理呢，我也是研究了一阵子才略懂皮毛的。

首先，它会发射出超宽带的脉冲信号，这个超宽带信号就像是一阵超级复杂的声波，这个脉冲的频率范围特别宽。

比如说，普通的声音只是在一个小的频率范围内，而这个超宽带就像是从低沉的大鼓声到尖锐的哨子声这个超级大的频率范围组合起来的一种信号。

说到这里，你可能会问，这个信号发出去，怎么就能成像呢？这就要说到信号的传播和反射了。

这个信号碰到墙以及墙后面的物体，就会反弹回来。

咱们打个比方吧，这就像你在一个黑暗的屋子里丢出很多弹力球（代表超宽带脉冲信号），屋子里面有各种形状的家具（代表墙后的物体），球打到墙上或者家具上就会弹回来。

超宽带穿墙雷达接收到反射回来的脉冲之后呢，就可以根据信号的时间延迟、强度变化等信息来判断物体的位置、形状和材质。

因为不同的物体、不同的距离会对信号造成不同的影响。

就像是不同的家具对弹回来的球影响不一样，柔软的沙发可能对球的反弹方向有很缓和的改变，而硬邦邦的桌子可能会让球直接以一个很锐利的角度弹回来。

这背后其实是有不少理论支持的。

比如说电磁波传播理论，超宽带信号就是一种特殊的电磁波。

它在不同介质中的传播速度和电波衰减程度是不一样的。

墙相对真空或者空气是一种更复杂的传播介质，而墙后面不同的物体也是不一样的介质。

超宽带穿墙雷达在实际应用的案例也不少。

消防队员在着火的建筑物搜救幸存者的时候，如果烟雾很大根本看不见屋里情况，这个时候超宽带穿墙雷达就可以扫描各个房间，看看哪里有生命迹象，因为人体和周围的废墟等物体的反射特性是不一样的。

还有在军事上的城市巷战之中，可以探测建筑物内部敌人的分布情况，有助于制定作战计划。

不过呢，老实说，我一开始也不明白这个在处理复杂环境下信号分析为什么这么复杂。

用于三维定位的超宽带穿墙雷达设备的生产技术

本技术新型公开了一种用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，包括两个以上的超宽带传感器单元、主控单元、电源模块、无线通信模块以及显控终端，电源模块用来为各个部件进行供电，显控终端用来完成终端控制与显示；两个以上的超宽带传感器单元将接收的目标回波数据传送给主控单元处理，进行目标的三维成像检测和跟踪实现三维精准定位；无线通信模块用来与显控终端相连并传送主控单元的处理结果。

本技术新型具有定位精度高、探测范围广等优点。

技术要求1.一种用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，包括两个以上的超宽带传感器单元（1）、主控单元（2）、电源模块（3）、无线通信模块（4）以及显控终端（5），所述电源模块（3）用来为各个部件进行供电，所述显控终端（5）用来完成终端控制与显示；两个以上的所述超宽带传感器单元（1）将接收的目标回波数据传送给主控单元（2）处理，进行目标的三维成像检测和跟踪实现三维精准定位；所述无线通信模块（4）用来与显控终端（5）相连并传送主控单元（2）的处理结果。

2.根据权利要求1所述用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，所述超宽带传感器单元（1）包含发射和接收天线的超宽带雷达传感器。

3.根据权利要求2所述用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，多个所述超宽带雷达传感器的天线平面放置于同一平面，形成一个面阵雷达传感器。

4.根据权利要求1或2或3所述用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，所述超宽带传感器单元（1）与主控单元（2）之间采用USB接口连接。

5.根据权利要求1或2或3所述用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，所述显控终端（5）为一台具有无线通信功能的终端设备。

6.根据权利要求5所述用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，其特征在于，所述显控终端（5）为安装有用于探测控制和结果显示的系统的PDA、平板电脑或PC机。

技术说明书用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置技术领域本技术新型主要涉及到探测雷达设备领域，特指一种用于三维定位的超宽带穿墙雷达装置，适用于三维精准定位和多目标探测。

基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别

基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别超宽带雷达是一种先进的无线通信技术，具有发射信号频率宽、通信距离远、穿透能力强等特点。

在无线通信领域得到了广泛应用。

近年来，随着人工智能技术的发展，超宽带雷达也被应用于人体行为智能识别领域。

本文将重点阐述基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别的原理和应用。

一、超宽带雷达的工作原理超宽带雷达利用超短脉冲石英晶体产生的电磁波发射信号，通过脉冲式信号，能够实现高分辨率的测量，从而将传统雷达的几十米测距分辨率提高到几毫米。

超宽带雷达对于环境中运动的人体产生的微小变化非常敏感，可以捕捉到人体的呼吸、脉搏和动作等细微特征。

通过对这些特征进行分析和处理，可以实现对人体行为的智能识别。

二、超宽带雷达的穿墙能力超宽带雷达的工作频率范围从0.1GHz到20GHz，这个范围包括微波和毫米波段，这些波段的特点是穿透能力强。

相比其他通信技术，超宽带雷达的信号在穿透建筑物时能够保持较好的稳定性，可以穿透隔墙、天花板等障碍物，对于屋内的人体行为进行实时监测。

三、基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别是通过对超宽带雷达信号进行分析和处理，实现对人体行为的自动识别和探测。

首先，超宽带雷达设备将发射信号穿过墙壁，与人体进行交互，通过接收回波信号获取人体的位置和状态信息。

接着，使用人工智能算法对回波信号进行处理和分析，根据信号的幅度、频率和相位等特征，可以判断人体的动作、呼吸和脉搏等行为。

最后，通过把识别结果与预设行为模型对比，就可以判断人体的具体行为，如走动、平躺或翻身等。

基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别在许多应用场景中具有广泛的应用前景。

一方面，在家庭安防中，通过安装超宽带雷达设备，能够实现对室内的人体行为进行实时监测，及时发现可疑行为，提高家庭安全性。

另一方面，在医疗领域，可以通过监测病人的行为和生理状态，在不干扰病人的情况下提供远程医疗和护理。

超宽带穿墙雷达天线研究与设计

摘要摘要穿墙雷达系统能对不透明障碍物等复杂环境下的生命迹象进行探测和定位，在城市恐怖袭击绑架和消防救援等活动中具有非常重要的作用和意义。

冲激体制的穿墙雷达是一款具有集穿透性强、抗干扰能力强、隐蔽性能好、距离向分辨率高等优点的探测能力比较优秀的穿墙雷达。

而天线作为穿墙雷达系统中重要的组成部分，天线的好坏直接影响雷达系统的性能，因此设计一款性能较佳的天线是非常重要的，而这也是本设计的目标。

本设计的工作和内容主要包括以下几个部分：首先，简要分析和概述了穿墙雷达系统的背景以及其实际应用意义，调研和分析了国内外研究现状和发展。

研究和分析了1GHz~10GHz频段信号对各种墙体穿透能力，以及结合系统体积、雷达信号波形和冲激体制最终确定以1.5GHz~4.5 GHz频段的高斯脉冲加载3GHz正弦波信号作为穿墙雷达信号。

然后对穿墙雷达信号频段进行分析知其为超宽带信号。

分析出适合此类穿墙雷达的天线主要为宽带微带型天线和超宽带天线。

简单介绍微带天线扩展带宽的方法并介绍和对比几种超宽带天线，最终确定带渐变槽的单极子天线和Vivaldi天线作为该系统的终点研究方向。

因而进行概述Vivaldi天线的原理、发展和馈电结构、为本文的设计作铺垫。

其次，设计了一款适合穿墙雷达的天线带渐变槽的单极子天线，详细阐述了该天线的设计过程并对其进行分析。

该天线有一个优点就是体积小它的体积是后面设计的Vivaldi天线的体积的50%，而且带渐变槽的单极子天线的高频特性非常好达到了11GHz。

并且通过分析其时域特性，表明其具有良好的时域特性。

最后，从Vivaldi天线的结构到设计给出了详细分析和计算。

设计主要包括馈电结构和槽线渐变辐射器的计算和设计。

然后对天线整体性能进行描述并分析其仿真和测试结果。

主要包括频域的回波损耗、辐射方向图以及峰值增益和时域的辐射波形、振铃现象、时域方向图以及保真系数等方面的分析。

通过比较这两款天线性能，最终选择Vivaldi天线作为穿墙雷达系统的收发天线。

基于CNN的超宽带穿墙雷达静目标数量识别技术

2021年第40卷第4期传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies)19DOI ： 10.13873/J. 1000-9787(2021)04-0019-04基于CNN 的超宽带穿墙雷达静目标数量识别技术**收稿日期：2019-09-27*基金项目：国家重点研发计划资助项目(2018YFC0810202)王亚夫，梁步阁，杨德贵，朱政亮(中南大学航空航天学院，湖南长沙410083)摘要：本文基于静止目标的超宽带(UWB)雷达模型的构建，提出利用卷积神经网络(CNN)进行人体数量的识别方法，针对实测数据对该方法进行实验分析，并与传统方法进行比较,结果表明:将超宽带穿墙雷达与CNN 结合对人体数量识别准确率较高,并且去除数据预处理环节对识别效果没有影响。

关键词：超宽带(UWB)穿墙雷达；卷积神经网络；人体数量识别；静目标中图分类号：TN95文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2021)04-0019-04Quantity identifying technology for static target of ultra-wideband through-wall radar based on CNN *WANG Yafu , LIANG Buge, YANG Degui , ZHU Zhengliang(School of Aeronautics and Astronautics ,Central South University ,Changsha 410083,China)Abstract : Based on the construction of the ultra-wideband ( UWB ) radar model of stationary targets , a method for identifying the number of human bodies using convolutional neural network (CNN ) is proposed ・ The method isanalyzed based on the actual measurement data and compared w 让h the traditional methods ・ The results show thatlhe ultra-wideband through ・wall radar and the method of CNN combined has a high accuracy in identifying the number of human bodies , and the removal of data preprocessing links has no effect on the recognition effect ・Keywords : ultra-wideband ( UWB ) through wall radar ； convolulional neural network ( CNN ) ； human body identification ； still target0引言超宽带(ultra-wideband , UWB )穿墙雷达可以穿过墙体、废墟探测到目标,因此广泛应用于反恐、灾后救援、军事作战等场合，生命探测器能够探测到被掩埋在废墟下的幸存者，是地震救援技术中的关键"刃。

手持式超宽带穿墙探测雷达

“雷达示波器”在运用时，第一步就是放射出脉冲信号。

这就是即将配置驻伊美军的“雷达示波器”，它仅重0.68千克，还经过了防水和加固处理。

拥有超人一样的“透视眼”曾经是科幻迷的梦想，然而，美国军方的新装备正在把科幻变为现实。

轻便、小巧、廉价、低耗能、易操作，即将送往伊拉克战场的“雷达示波器”可谓近乎完美的单兵装备。

看到这款雷达，人们无法再嘲笑“瞬间转移”的幻想，无法再断言“超光速”的无稽。

《终结者》中的机器人部队正活跃在伊拉克战场，美国正努力构建的TMD不就是现实中的“天网”。

从《海底两万里》中的“鹦鹉螺号”到核潜艇，从《星战》中的激光炮到正在实验的机载激光武器，科幻和现实已经没有界线。

2006年1月，一种名为“雷达示波器”新型探测装置将很快装备驻伊拉克美军，它将大大提高战略小分队的监视能力。

呼吸也能探测到“雷达示波器”是由美国国防高级研究计划局(DARPA)研发的一种透墙探测雷达，可以对建筑物逐门进行快速搜索，从而发现隐藏的恐怖分子。

它可以穿透约0.3米的混凝土墙，并且在几秒钟内就可以判断出隔壁是否有人，甚至呼吸这样细微的动静也能够探测到。

15米内一览无遗该装置可以穿透几种不同的墙壁，穿透后的作用距离约为15米，几乎可以一览无遗地显示出建筑物内的情况，比如平面布置图、房内人的位置以及诸如武器储藏室等用具的分布情况。

利用这种装置可以使士兵了解更多的信息，并决定其行动的优先次序。

结实防水只需5号电池“雷达示波器”利用AA电池组供电，并且还经过了防水和加固处理。

其重量只有0.68千克，其体积只有电话听筒大小，因此便于士兵携带。

它的成本也只有1000美元左右，因此可以大量装备。

尽管军方希望能够将这种装置尽快装备部队，但是DARPA的眼光更加长远，还将在今后几年进行更加深入的研究。

届时，这种装置只需靠近监视的建筑物就可以使用。

性能参数重量：0.68千克动力：AA电池组造价：1000美元穿透厚度：0.3米作用距离：15米所需时间：几秒钟透视原理：人动则波动波动即有人“雷达示波器”是一种轻便、廉价的单兵侦察装备，具有穿透墙壁探测的功能。

多天线超宽带穿墙雷达人体微动检测方法

多天线超宽带穿墙雷达人体微动检测方法赖势张贯强（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林 541004）【摘要】针对隐藏人体目标出现在偏离雷达视角的其它不同的位置或在检测过程中存在身体的偏移等情况使得回波非常微弱甚至没有，导致检测失效的问题。

为此，在多发多收（MIMO）雷达体制的基础上提出一种多通道雷达检测方法，将天线放置在合理的位置，以确保人体回波信号能够被检测到。

通过对每一通道回波信号预处理，并将所有通道的预处理结果进行小波图像融合和恒虚警（CFAR）处理实现隐藏人体目标的准确检测与定位，这样不仅提高回波信号的信噪比，还增加了雷达探测视角和距离。

实验结果表明，该方法能够有效提高人体呼吸微动频率和位置的检测精度，优于传统的单站雷达检测方法。

关键词超宽带穿墙雷达；微动信号提取；小波图像融合；CFAR Research of Human Micro-tremor Detection Based on Multi-antenna Ultra-wideband Through-wall RadarLAI Shi ZHANG Guan-qiang(School of Information and Communication, Guilin University of Electronic and Technology, Guilin Guangxi 541004, China) 【Abstract】The monostation radar is susceptible to the sight of radar, the radar echoes are too faint to detect when hidden human objectives deviate from the sight of radar during detection. The detection method of MIMO radar is proposed basedon MIMO radar system in the paper, Multi-antenna placed in an appropriate location are used to guarantee that echoes are detected. The radar echoes are pre-processed ,and the pre-processed results for all channels are processed by the algorithm of wavelet image fusion and constant false alarm rate, and the results are used to locate and detect hidden human objective accurately. It not only improves the SNR of radar echoes but increases view angle and detection range. The results show that the detecting precision of location and respiratory rate of human can be improved effectively. Finally It&acute;s a better way to detect weak signal than monostation radar.【Key words】Ultra-wideband through-wall radar; Micro-tremor signal extraction; Image fusion based on wavelet; CFAR作者简介：赖势（1986—），男，广西南宁人，硕士研究生，主要研究方向为穿墙雷达信号处理。

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超宽带穿墙雷达
作者：赵敏黄莹吴思莹
来源：《中国新通信》 2017年第12期
【摘要】本文研究了基于宽带波束形成技术的穿墙雷达成像技术的基本概念和原理，建立了穿墙雷达成像目标回波模型，详细分析了宽带波束形成基本原理，最后通过matlab 仿真成
像验证相干成像和非相干成像的不同。

【关键词】穿墙雷达成像成像目标回波模型宽带波束形成原理
一、超宽带雷达介绍
超宽带穿墙雷达是一种获取更多目标相关信息的新体制雷达，指的是雷达发射信号的带宽
与中心频率之比大于0.25，并且带宽越大，雷达的距离分辨率越高。

在超宽带信号的照射下，
超宽带雷达从目标的散射中心返回的回波信号有别于窄带雷达，接收机输入端的信号不载仅仅
是简单的发射信号的延迟和多普勒频移。

雷达目标信息的提取与回波信号有着紧密的联系，因此对于超宽带雷达目标回波的建模研究与接收和处理回波信号尤为重要。

二、基于宽带波束形成技术穿墙雷达成像基本原理
2.1 目标回波模型
图1-1 为穿墙雷达成像的场景，假定为点目标，并且假定墙体是单一均匀介质的墙体，厚
度和介电常数分别为和，本文采用单发单收天线沿墙体横向移动的方式形成线天线阵列，共在
N 个天线位置进行数据采集。

设发射信号为s(t)，为超宽带信号满足距离分辨率要求，接收天
线在第m 个天线位置接受到的回波信号为
其中，为电磁波在墙体中的传播速度，电磁波在墙体和空气中的传播路径在墙体厚度d 和
介电常数确知的条件下可以根据Snell 定律精确求解，从而可以精确计算回波延迟。

2.2 宽带波束形成基本原理
将目标区域被划分为多个像素点，任意像素点的像素值可计算如下：
其中，，为加权系数，用来表示目标图像扩展程度，一般设置为1。

为延迟，用来表示假
设目标为点时的回波延迟。

对于目标区域的所有像素点由公式（1-3）得到其相应的像素值，墙体厚度d 和介电常数
已知的条件下，目标点的像素值能够准确反映目标区域各散射点的强度，最终形成目标区域散
射点图像，即为目标区域图像。

公式（1-3）所描述的成像过程如若是有相位的叠加过程那么则属于相干成像，如果是幅值叠加而不涉及相位叠加则属于非相干成像过程，对比于非相干成像，相干成像利用了目标雷达回波中的相位信息，所得到的图像得分辨率更高，并且图像的信噪比
更高。

最终结果如图1-3 所示
三、总结
从之前所建立的目标回波模型可以得出，目标回波不仅包含了目标散射特性关于空间位置
的信息，还包含了方位角和频率的信息。

目标回波还有更多的目标信息可供利用，如极化信息、高度信息等。

如果将这些信息有机地进行融合，对未来的发展将是极其有利的。

参考文献
[1] 贾勇. 穿墙雷达成像技术研究[D]. 电子科技大学,2010.
[2] 王芳芳. 超宽带穿墙雷达成像算法研究[D]. 南京邮电大学,2012.
[3] 敖卓均. 穿墙雷达成像模式及算法研究[D]. 电子科技大学,2012.
[4] 晋良念. 超宽带穿墙雷达成像技术研究[D]. 西安电子科技大学,2012.。