基于微波雷达的周界防护系统和方法 |
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| 申请号 | CN201610843012.X | 申请日 | 2016-09-22 | 公开(公告)号 | CN106353755A | 公开(公告)日 | 2017-01-25 |
| 申请人 | 北京聚速微波技术有限公司; | 发明人 | 王东峰; 葛德奇; 徐钢扬; 庞宏杰; 修超; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种基于 微波 雷达的周界防护系统和方法，该系统包括：微波雷达，安装在待防护周界一端并面向待防护周界另一端放置，用于发射雷达 信号 ，接收雷达信号经目标反射形成的目标检测信号和经回波 反射器 反射形成的回波信号，根据目标检测信号和回波信号检测穿越待防护周界的运动目标，当存在时，触发报警器报警；回波反射器，配置在待防护周界另一端，与微波雷达相向放置，回波反射器中心和微波雷达中心之间连线与待防护周界平行，距离小于预设距离 阈值 ，用于反射雷达信号，形成回波信号；报警器，与微波雷达连接，用于报警。本发明避免了离监测边界有一定距离的目标引起的误判，提高了微波雷达目标检测准确性，降低了系统虚警率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于微波雷达的周界防护系统，其特征在于，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 基于微波雷达的周界防护系统和方法技术领域背景技术[0002] 随着科技的不断发展，电子技术在周界安全防护中发挥着越来越重要的作用，各种周界安防的技术方案也不断涌现，大致可以分为以下四种：视频监控方案、光线型防护方案、线缆型防护方案和微波雷达系统方案。 [0003] 视频监控方案中的视频监控系统主要由摄像机、监视器、控制平台和录像回放设备等组成，其无法实时监控，往往在事后追查线索时使用；光线型防护方案以红外对射方案为例，其工作原理为在检测区域内成对安装传感器，当有物体穿过，阻断红外线时就会引发报警，由于飞鸟、摆动的树枝等都可能引起报警，因此虚警率较高；线缆型防护方案较为成熟，以振动光缆方案为例，其工作原理是通过感测压力和形变来探测入侵行为，并可以给出入侵者的具体方位，但防护范围较小，易受安装环境制约且大面积布防时成本太高；微波雷达是周界防护领域的一种新兴技术手段，具备灵敏度高、抗环境干扰能力强、探测距离远和综合成本低等优点。 [0004] 对于周界防护来说，微波雷达发射波束的角度设计得越小越好。图1是现有技术中的一种雷达信号的覆盖范围示意图。如图1所示，通常，窄波束雷达天线的角度为5°左右，其覆盖范围可近似看成一个扇形区域，如图1中的待防护周界4。当微波雷达1监测500m远的区域时，天线照射区域的垂直宽度将达到40m以上，这样会导致微波雷达1捕获到离监测边界仍有一定距离的目标，从而造成误判。此外，其他干扰因素，如随风摆动的树叶、树枝也会对目标检测造成一定干扰。因此，现有技术存在着虚警率较高的缺陷。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供一种基于微波雷达的周界防护系统和方法，以达到提高目标检测准确性，降低虚警率的效果。 [0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种基于微波雷达的周界防护系统，所述系统包括： [0007] 微波雷达，安装在待防护周界的一端，并面向所述待防护周界的另一端放置，用于发射雷达信号，并接收所述雷达信号经目标反射形成的目标检测信号和经回波反射器反射形成的回波信号，根据所述目标检测信号和所述回波信号，检测穿越所述待防护周界的运动目标，当存在穿越所述待防护周界的运动目标时触发报警器报警； [0008] 回波反射器，配置在所述待防护周界的另一端，与所述微波雷达相向放置，所述回波反射器的中心和所述微波雷达的中心之间的连线与所述待防护周界平行，且与所述微波雷达之间的距离小于预设距离阈值，用于反射所述雷达信号，形成回波信号； [0009] 报警器，与所述微波雷达连接，用于报警。 [0010] 第二方面，本发明实施例还提供了一种基于微波雷达的周界防护方法，所述方法包括： [0011] 微波雷达以预设频率发射雷达信号； [0012] 所述微波雷达接收所述雷达信号经目标反射形成的目标检测信号； [0013] 所述微波雷达根据所述目标检测信号，判断波束照射范围内是否存在运动目标； [0014] 所述微波雷达接收回波反射器对所述雷达信号进行反射形成的回波信号； [0015] 所述微波雷达对所述回波信号进行遮挡判定； [0016] 当判为遮挡且存在运动目标时，所述微波雷达触发报警器报警。 [0017] 本发明实施例通过引入回波反射器，并与微波雷达分别配置在待防护周界的两端，根据回波反射器的回波信号和目标检测信号，来检测穿越待防护周界的运动目标，因此，可以更加准确的检测到待防护周界上的目标，解决了离监测边界仍有一定距离的目标对微波雷达目标检测造成干扰这一问题，提高了微波雷达目标检测的准确性，并且在保证漏警率基本不变的情况下，降低了虚警率。附图说明 [0018] 图1是现有技术中的一种雷达信号的覆盖范围示意图； [0019] 图2是本发明实施例一提供的一种基于微波雷达的周界防护系统的示意图； [0020] 图3是本发明实施例一提供的基于微波雷达的周界防护系统中的微波雷达发射的信号的示意图； [0021] 图4是本发明实施例一提供的基于微波雷达周界防护系统中的回波反射器放置位置示意图； [0022] 图5a是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的雷达角反射器的反射回波示意图； [0023] 图5b是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的雷达角反射器在无穿越目标时的回波信号强度图； [0024] 图5c是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的在有穿越目标时回波信号以及目标检测信号的信号强度变化图； [0025] 图6是本发明实施例二提供的一种基于微波雷达的周界防护方法的流程图； [0026] 图7是本发明实施例提供的基于微波雷达的周界防护方法中的检测到的目标的示例图； [0027] 图8是本发明实施例三提供的一种基于微波雷达的周界防护方法的流程图。 具体实施方式[0028] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。 [0029] 实施例一 [0030] 图2是本发明实施例一提供的一种基于微波雷达的周界防护系统的示意图，本实施例可适用于对穿越待防护周界的运动目标进行检测的情况，如图2所示，本实施例所述的基于微波雷达的周界防护系统具体包括微波雷达1、回波反射器2和报警器3。 [0031] 微波雷达1，安装在待防护周界4的一端，并面向所述待防护周界4的另一端放置，用于发射雷达信号，并接收所述雷达信号经目标反射形成的目标检测信号和经回波反射器2反射形成的回波信号，根据所述目标检测信号和所述回波信号，检测穿越所述待防护周界 4的运动目标，当存在穿越所述待防护周界4的运动目标时触发报警器3报警； [0032] 回波反射器2，配置在所述待防护周界4的另一端，与微波雷达1相向放置，回波反射器2的中心和微波雷达1的中心之间的连线与所述待防护周界4平行，且与所述微波雷达之间的距离小于预设距离阈值，用于反射所述雷达信号，形成回波信号； [0033] 报警器3，与微波雷达1连接，用于报警。 [0034] 其中，布置的回波反射器的数量可以是一个，也可以是两个或以上，具体的数量与待防护周界的宽度有关，当待防护周界的宽度较大时，可以布置多个回波反射器，使得回波反射器的回波信号的传播路径能够覆盖待防护周界。回波反射器与微波雷达相向设置是指微波雷达平面法线方向和回波反射器相对。目标检测信号是在微波雷达的波束范围内的目标对雷达信号进行反射形成的信号，距离是指回波反射器的中心和微波雷达的中心之间的连线的长度。通过调节回波反射器的位置，即改变预设距离阈值，可以控制微波雷达探测的待防护周界的范围。 [0035] 在上述技术方案中，在微波雷达体制上，采用频率调制连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)体制，具体原理为发射波为高频连续波，其频率随时间按照三角波(锯齿波)规律变化，雷达接收的回波的频率与发射的频率变化规律相同，都是三角波规律，只是有一个时间差，利用这个微小的时间差可计算出目标距离。图3是本发明实施例一提供的基于微波雷达的周界防护系统中的微波雷达发射的信号的示意图，发射信号为一锯齿波调制的线性扫描信号。当微波雷达处于工作状态时，可以得到检测区域内多个目标在不同时刻的距离信息、速度信息和强度信息。 [0036] 具体地，微波雷达包括雷达天线；雷达天线用于发射雷达信号，并接收目标检测信号和回波信号。 [0037] 优选地，雷达天线为窄波束天线。其中，窄波束天线是具有窄波束角度的天线，从而可以实现对周界的监测。 [0038] 优选地，回波反射器为无源回波反射器。 [0039] 回波反射器一般分为有源回波反射器和无源回波反射器两类。有源回波反射器由雷达信号的发射机和接收机组成，实质上相当于对射雷达，由于需要供电，往往架设比较困难，因此优选采用无源回波反射器实现对穿越周界目标的精准检测。图4是本发明实施例一提供的基于微波雷达周界防护系统中的回波反射器放置位置示意图，微波雷达1发射雷达波束照射范围内最远端放置至少一个无源回波反射器2，实现对穿越周界目标的精准检测。 [0040] 更进一步的，无源回波反射器优选包括雷达角反射器，无源回波反射器还包括光学角反射器或回复反射器。其中，雷达角反射器用来反射雷达信号。 [0041] 以雷达角反射器应用最为广泛，常用作靶标、信标、雷达陷阱或假目标来进行无源干扰伪装。雷达角反射器按照形状可以分为方形、三角形、扇形或混合形等多种形状，通常需要根据具体场景来选择一个或多个角反射器的组合作为无源回波反射器，和雷达一起进行共形设计。图5a是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的雷达角反射器的反射回波示意图。雷达角反射器原理如下：如图5a所示，反射波的方向与入射波的方向平行，因此回波信号的传播路径为雷达中心和角反射器中心之间的连线；雷达角反射器具有极强的反射回波特性，能产生极强的稳定回波信号。图5b是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的雷达角反射器在无穿越目标时的回波信号强度图。图5c是本发明实施例提供的基于微波雷达周界防护系统中的在有穿越目标时回波信号以及目标检测信号的信号强度变化图。回波信号和目标检测信号的强度变化如图5c所示，当有可疑目标穿越周界时，便会对角反射器产生的回波信号造成遮挡，回波信号的强度发生了变化，形象地称其为发生明显的“凹陷”，当检测到这个“凹陷”时，微波雷达便会发出报警信号；当目标靠近并穿越周界时，微波雷达检测到的穿越目标信号通常会发生较大变化，根据这个特征，雷达可以判断出哪个目标正在进行轴线穿越。 [0042] 本发明实施例通过引入回波反射器，并与微波雷达分别配置在待防护周界的两端，根据回波反射器的回波信号和目标检测信号，来检测穿越待防护周界的运动目标，因此，可以更加准确地检测到待防护周界上的目标，解决了离监测边界仍有一定距离的目标对微波雷达目标检测造成干扰这一问题，提高了微波雷达目标检测的准确性，并且在保证漏警率基本不变的情况下，降低了虚警率。 [0043] 实施例二 [0044] 图6是本发明实施例二提供的一种基于微波雷达的周界防护方法的流程图，该方法适用于基于微波雷达进行周界防护的情况，该方法可以由基于微波雷达的周界防护系统来执行。该方法包括： [0045] S610、微波雷达以预设频率发射雷达信号。 [0046] 其中，雷达信号可以采用实施例一所述的锯齿波信号。 [0047] S620、所述微波雷达接收所述雷达信号经目标反射形成的目标检测信号。 [0048] 在微波雷达的波束照射范围内，当有目标时，目标会反射雷达信号形成目标检测信号，从而微波雷达根据该目标检测信号可以检测到该目标的信息。 [0049] S630、所述微波雷达根据所述目标检测信号，判断波束照射范围内是否存在运动目标。 [0050] 通过利用运动目标检测的方法对目标检测信号进行处理，以判断微波雷达的波束照射范围内是否存在运动目标。 [0051] 具体地，所述微波雷达根据所述目标检测信号，判断波束照射范围内是否存在运动目标包括： [0052] 所述微波雷达对所述目标检测信号进行数字滤波处理； [0053] 其中，进行数字滤波的作用是为了去除异常噪声。 [0054] 所述微波雷达对数字滤波后的目标检测信号进行动目标显示处理，得到处理目标检测信号； [0055] 其中，动目标显示(Moving Target Indicator，MTI)技术，是基于回波多普勒信息的提取而区分运动目标和固定目标(包括低速运动的杂波等)。它的主要任务是根据运动目标回波和杂波在频谱结构上的差别，从频率上将它们分开，以达到抑制固定杂波而显示运动目标的目的。从而对数字滤波后的目标检测信号进行动目标显示处理，可以去除背景干扰。 [0056] 所述微波雷达对所述处理目标检测信号进行FFT处理，获取目标的距离和速度信息； [0057] 其中，对所述处理目标检测信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)处理后可得到目标频点，根据该目标频点可计算得到距离信息，取预设帧数处理目标检测信号的FFT结果的相同频点即目标频点的数据再进行FFT，根据本次FFT得到的频点的信息，可计算得到目标的速度信息。 [0058] 所述微波雷达根据连续第一预设帧数的处理目标检测信号的FFT结果，分别搜索目标频点并计算信噪比，当至少第二预设帧数的处理目标检测信号的信噪比超过预设信噪比阈值时，判定为存在运动目标；其中，所述第二预设帧数大于所述第一预设帧数的预设倍数且小于或者等于所述第一预设帧数。 [0059] 其中，目标频点就是指信号强度较大的频点，计算信噪比时，分别计算每帧处理目标检测信号的信噪比。第二预设帧数根据实际需求选取。当信噪比超过设定信噪比阈值的信号帧数达到一定数量时，即大于或者等于第二预设帧数时，判定为有目标。示例性地，设第一预设帧数为m，第二预设帧数为n，则取连续的m帧FFT结果，搜索目标频点并计算其信噪比，当同一时刻有n帧以上的信号的信噪比超过设定阈值，判定为有目标。 [0060] 优选地，所述预设倍数为2/3。 [0061] S640、所述微波雷达接收回波反射器对所述雷达信号进行反射形成的回波信号。 [0062] S650、所述微波雷达对所述回波信号进行遮挡判定。 [0063] 具体地，所述微波雷达对所述回波信号进行遮挡判定包括：所述微波雷达计算所述回波信号的方差，当所述方差大于预设方差阈值时，判定回波信号被遮挡。 [0064] 其中，在计算回波信号的方差时，可以取连续的第一预设帧数的回波信号计算方差。 [0065] S660、当判为遮挡且存在运动目标时，所述微波雷达触发报警器报警。 [0066] 当存在运动目标且回波信号同时被遮挡时，确定有运动目标正穿越待防护周界，这时，微波雷达触发报警器报警，以通知监控人员，以便监控人员采取措施应对。当仅存在运动目标而回波信号没有被遮挡，或者不存在运动目标而回波信号被遮挡时，则认为是误判，不触发报警。 [0067] 具体地，还包括：当判为遮挡且存在运动目标时，所述微波雷达输出穿越待防护周界的运动目标的距离和速度信息。以便于监控人员快速准确的定位穿越待防护周界的运动目标的位置。 [0068] 其中，当判为未遮挡时，不触发报警器报警，可根据需要决定是否输出目标信息。当仅判为遮挡而不存在运动目标时，可能是固定的物体遮挡造成的，这时不必报警。 [0069] 示例性地，图7是本发明实施例提供的基于微波雷达的周界防护方法中的检测到的目标的示例图，在微波雷达1照射范围内的3个目标，微波雷达1均能检测到。目标710和目标720未穿越待防护周界4，不会影响回波反射器2的回波信号，不会触发报警器报警；目标730正穿越待防护周界4，会触发报警器报警。 [0070] 本发明实施例通过分别对遮挡和是否存在运动目标进行判断，解决了微波雷达受到干扰信号影响而产生误报的问题，排除了干扰因素，受环境影响更小，提高了目标检测的准确性，并且在保证漏警率基本不变的情况下，降低了虚警率。 [0071] 实施例三 [0072] 图8是本发明实施例三提供的一种微波雷达的周界防护方法流程图，本实施例是在上述实施例的基础上的一个优选实例，该方法包括： [0073] S801、微波雷达以预设频率发射雷达信号。转至执行S802和S803。 [0074] S802、接收无源回波反射器信号。转至执行S809。 [0075] 其中，无源回波反射器信号是指回波反射器对雷达信号进行反射形成的回波信号。 [0076] S803、目标检测信号预处理。 [0077] 其中，目标检测信号预处理包括对目标检测信号进行数字滤波处理。 [0078] S804、动目标显示处理。 [0079] 其中，对数字滤波后的目标检测信号进行动目标显示处理，得到处理目标检测信号。 [0080] S805、FFT。 [0081] 其中，FFT是指对处理目标检测信号进行FFT处理可得到目标频点，获取目标的距离和速度信息。 [0082] S806、多帧信噪比判定。 [0083] 其中，计算信噪比时，可以计算多帧的目标检测信号的信噪比，这里多帧可以为上述提到的第一预设帧数。判定信噪比超过设定信噪比阈值的信号帧数是否达到一定数量。当信噪比超过设定信噪比阈值的信号帧数达到一定数量时，即大于或者等于第二预设帧数时，判定为S807，否则判定为S808。 [0084] S807、有目标。转至执行S809。 [0085] S808、无目标。转至执行S809。 [0086] S809、是否被遮挡。若是，则转至执行S810，若否，则转至执行S811。 [0087] 其中，是否被遮挡是指判定回波信号是否被遮挡。具体判定方法参照实施例二所述判定方法。 [0088] S810、报警。转至执行S812。 [0089] 其中，当存在运动目标且回波信号同时被遮挡时，确定有运动目标正穿越待防护周界，这时，微波雷达触发报警器报警，以通知监控人员，以便监控人员采取措施应对。 [0090] S811、不报警。 [0091] 其中，当仅存在运动目标而回波信号没有被遮挡，则认为是误判，不触发报警器报警。可根据需要决定是否输出目标信息。 [0092] S812、输出入侵目标信息。 [0093] 其中，当判为遮挡且存在运动目标时，微波雷达输出穿越待防护周界的运动目标的距离和速度信息。 [0094] 本发明实施例通过分别对遮挡和是否存在运动目标进行判断，解决了微波雷达受到干扰信号影响而产生误报的问题，排除了干扰因素，受环境影响更小，提高了目标检测的准确性，并且在保证漏警率基本不变的情况下，降低了虚警率。 [0095] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 |
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