基于穿透式生命探測雷達描述人體運動軌跡

孫學燕

【摘要】 本文給出了某型號穿透式生命探測雷達的另一種應用方式，給出了利用雷達探測人體運動軌跡的方法，文章首先分析了這種方法的可行性，接著說明了運動軌跡探測的整個信號處理流程并給出實現的結果。最后對基于這種方法得到的運動軌跡圖像進行點跡處理以達到更好的顯示效果。

【關鍵詞】 生命探測 人體運動軌跡 點跡處理

一、引言

受體制特點以及相關技術限制，線性調頻連續波（LMFCW）雷達在探測生命體存在與否時，由于呼吸和心跳運動引起的多普勒頻率很小，在時域和頻域內與回波信號相混。接收機很難正確分辨。很容易造成雷達虛警。

在此基礎上，我們考慮用探測人體運動軌跡的辦法來間接的判斷生命體存在與否。由于人在運動時的多普勒頻率遠遠大于呼吸和心跳引起的多普勒頻率，從而可以有效的減少地物雜波引起的干擾。通過正確的描述人體的運動軌跡，證明生命體的存在。

二、運動軌跡探測原理

在傳統的連續波生命探測雷達中，接收機接收到回波信號后，通過提取由人體呼吸和心跳產生的多普勒頻率來判斷生命體的存在與否。由于多普勒頻率很低，接收機在濾波時提取的是接近零頻的低頻信號。而人體在運動時，由于人的運動速度明顯大于呼吸和心跳引起的體表運動速度。由此產生的多普勒頻率也隨之變大。所以此時在雷達接收機中，我們由原本的提取低頻信號變為提取包含運動引起的多普勒頻率的中頻信號。

在雷達接收機中，對應的硬件變化為帶通濾波器的通帶中心頻率改變以及后續相應的改變。

上式中第一項是距離差頻，與目標距離成正比，第二項是多普勒頻率，與目標速度成正比。可以看出，對于相鄰的掃頻周期，對于固定雜波，那么其頻率也是固定的；而對于運動目標，其頻率是變化的，因此，將相鄰兩個掃頻周期的差拍頻域信號相減，就可以消除雜波，實現MTI。

為了進一步提高信噪比，可以在MTI之后采用多普勒濾波器組。在數字域，多普勒濾波器組也可以采用FFT實現。距離FFT，得到的是對應目標距離的差拍頻譜，一根譜線對應一個距離單元，相當于MTD中的距離選通；將同一距離單元中相鄰掃頻周期的差拍頻譜采樣點相減，得到的是固定雜波得到控制的頻譜信號，相當于MTD中的對消；速度FFT處理將同一距離單元每個掃頻周期對消后的差拍頻譜采樣點進行FFT變換，得到的是該距離單元內所有動目標的多普勒頻率，相當于MTD中的多普勒濾波器組。經過上述的距離FFT-MTI-速度FFT，可以有效抑制地物雜波并將不同距離和不同速度的運動目標分辨開來。

三、檢測結果及點跡處理

根據以上原理以及適當的參數選擇，我們可以測得在雷達距墻1m的情況下，得到實際的運動軌跡如圖2所示。

其中橫坐標為時間，縱坐標為目標離雷達的距離。由圖中可以看出，該算法可以基本正確的反映目標的運動軌跡。但是測得的結果中仍然存在很多的虛點，在此基礎上，我們對現有點跡進行處理，使得結果更加準確。

針對已經得到的點跡圖，我們主要進行的是虛假點的濾除。

濾除的原則為首先判斷運動軌跡中所含有的目標數目，具體方法如下：

（1）統計在每個時刻點達到門限值的的點數，保留在縱向連續六個點以上超過門限值的軌跡，其余濾除。

（2）統計所有時刻點上連續的軌跡段的數目。如果超過2/3以上都分為N段，我們認為是N個目標，只有一段我們認為是一個目標。

在確定目標個數以后，我們針對每個時刻點上的軌跡進行處理，除去前一步我們確認的不屬于軌跡的部分，將其余的正常顯示。

處理后的運動軌跡如圖3所示。

四、結束語

從實驗結果來看，利用穿透式生命探測雷達，可以正確的探測人體運動軌跡從而判斷生命體的存在與否。

參 考 文 獻

[1] 丁鷺飛，耿富錄. 雷達原理. 西安電子科技大學出版社，1995

[2] “Moving Target Detector”AD/A 114709endprint

【摘要】 本文給出了某型號穿透式生命探測雷達的另一種應用方式，給出了利用雷達探測人體運動軌跡的方法，文章首先分析了這種方法的可行性，接著說明了運動軌跡探測的整個信號處理流程并給出實現的結果。最后對基于這種方法得到的運動軌跡圖像進行點跡處理以達到更好的顯示效果。

【關鍵詞】 生命探測 人體運動軌跡 點跡處理

一、引言

受體制特點以及相關技術限制，線性調頻連續波（LMFCW）雷達在探測生命體存在與否時，由于呼吸和心跳運動引起的多普勒頻率很小，在時域和頻域內與回波信號相混。接收機很難正確分辨。很容易造成雷達虛警。

在此基礎上，我們考慮用探測人體運動軌跡的辦法來間接的判斷生命體存在與否。由于人在運動時的多普勒頻率遠遠大于呼吸和心跳引起的多普勒頻率，從而可以有效的減少地物雜波引起的干擾。通過正確的描述人體的運動軌跡，證明生命體的存在。

二、運動軌跡探測原理

在傳統的連續波生命探測雷達中，接收機接收到回波信號后，通過提取由人體呼吸和心跳產生的多普勒頻率來判斷生命體的存在與否。由于多普勒頻率很低，接收機在濾波時提取的是接近零頻的低頻信號。而人體在運動時，由于人的運動速度明顯大于呼吸和心跳引起的體表運動速度。由此產生的多普勒頻率也隨之變大。所以此時在雷達接收機中，我們由原本的提取低頻信號變為提取包含運動引起的多普勒頻率的中頻信號。

在雷達接收機中，對應的硬件變化為帶通濾波器的通帶中心頻率改變以及后續相應的改變。

上式中第一項是距離差頻，與目標距離成正比，第二項是多普勒頻率，與目標速度成正比。可以看出，對于相鄰的掃頻周期，對于固定雜波，那么其頻率也是固定的；而對于運動目標，其頻率是變化的，因此，將相鄰兩個掃頻周期的差拍頻域信號相減，就可以消除雜波，實現MTI。

為了進一步提高信噪比，可以在MTI之后采用多普勒濾波器組。在數字域，多普勒濾波器組也可以采用FFT實現。距離FFT，得到的是對應目標距離的差拍頻譜，一根譜線對應一個距離單元，相當于MTD中的距離選通；將同一距離單元中相鄰掃頻周期的差拍頻譜采樣點相減，得到的是固定雜波得到控制的頻譜信號，相當于MTD中的對消；速度FFT處理將同一距離單元每個掃頻周期對消后的差拍頻譜采樣點進行FFT變換，得到的是該距離單元內所有動目標的多普勒頻率，相當于MTD中的多普勒濾波器組。經過上述的距離FFT-MTI-速度FFT，可以有效抑制地物雜波并將不同距離和不同速度的運動目標分辨開來。

三、檢測結果及點跡處理

根據以上原理以及適當的參數選擇，我們可以測得在雷達距墻1m的情況下，得到實際的運動軌跡如圖2所示。

其中橫坐標為時間，縱坐標為目標離雷達的距離。由圖中可以看出，該算法可以基本正確的反映目標的運動軌跡。但是測得的結果中仍然存在很多的虛點，在此基礎上，我們對現有點跡進行處理，使得結果更加準確。

針對已經得到的點跡圖，我們主要進行的是虛假點的濾除。

濾除的原則為首先判斷運動軌跡中所含有的目標數目，具體方法如下：

（1）統計在每個時刻點達到門限值的的點數，保留在縱向連續六個點以上超過門限值的軌跡，其余濾除。

（2）統計所有時刻點上連續的軌跡段的數目。如果超過2/3以上都分為N段，我們認為是N個目標，只有一段我們認為是一個目標。

在確定目標個數以后，我們針對每個時刻點上的軌跡進行處理，除去前一步我們確認的不屬于軌跡的部分，將其余的正常顯示。

處理后的運動軌跡如圖3所示。

四、結束語

從實驗結果來看，利用穿透式生命探測雷達，可以正確的探測人體運動軌跡從而判斷生命體的存在與否。

參 考 文 獻

[1] 丁鷺飛，耿富錄. 雷達原理. 西安電子科技大學出版社，1995

[2] “Moving Target Detector”AD/A 114709endprint

【摘要】 本文給出了某型號穿透式生命探測雷達的另一種應用方式，給出了利用雷達探測人體運動軌跡的方法，文章首先分析了這種方法的可行性，接著說明了運動軌跡探測的整個信號處理流程并給出實現的結果。最后對基于這種方法得到的運動軌跡圖像進行點跡處理以達到更好的顯示效果。

【關鍵詞】 生命探測 人體運動軌跡 點跡處理

一、引言

受體制特點以及相關技術限制，線性調頻連續波（LMFCW）雷達在探測生命體存在與否時，由于呼吸和心跳運動引起的多普勒頻率很小，在時域和頻域內與回波信號相混。接收機很難正確分辨。很容易造成雷達虛警。

在此基礎上，我們考慮用探測人體運動軌跡的辦法來間接的判斷生命體存在與否。由于人在運動時的多普勒頻率遠遠大于呼吸和心跳引起的多普勒頻率，從而可以有效的減少地物雜波引起的干擾。通過正確的描述人體的運動軌跡，證明生命體的存在。

二、運動軌跡探測原理

在傳統的連續波生命探測雷達中，接收機接收到回波信號后，通過提取由人體呼吸和心跳產生的多普勒頻率來判斷生命體的存在與否。由于多普勒頻率很低，接收機在濾波時提取的是接近零頻的低頻信號。而人體在運動時，由于人的運動速度明顯大于呼吸和心跳引起的體表運動速度。由此產生的多普勒頻率也隨之變大。所以此時在雷達接收機中，我們由原本的提取低頻信號變為提取包含運動引起的多普勒頻率的中頻信號。

在雷達接收機中，對應的硬件變化為帶通濾波器的通帶中心頻率改變以及后續相應的改變。

上式中第一項是距離差頻，與目標距離成正比，第二項是多普勒頻率，與目標速度成正比。可以看出，對于相鄰的掃頻周期，對于固定雜波，那么其頻率也是固定的；而對于運動目標，其頻率是變化的，因此，將相鄰兩個掃頻周期的差拍頻域信號相減，就可以消除雜波，實現MTI。

為了進一步提高信噪比，可以在MTI之后采用多普勒濾波器組。在數字域，多普勒濾波器組也可以采用FFT實現。距離FFT，得到的是對應目標距離的差拍頻譜，一根譜線對應一個距離單元，相當于MTD中的距離選通；將同一距離單元中相鄰掃頻周期的差拍頻譜采樣點相減，得到的是固定雜波得到控制的頻譜信號，相當于MTD中的對消；速度FFT處理將同一距離單元每個掃頻周期對消后的差拍頻譜采樣點進行FFT變換，得到的是該距離單元內所有動目標的多普勒頻率，相當于MTD中的多普勒濾波器組。經過上述的距離FFT-MTI-速度FFT，可以有效抑制地物雜波并將不同距離和不同速度的運動目標分辨開來。

三、檢測結果及點跡處理

根據以上原理以及適當的參數選擇，我們可以測得在雷達距墻1m的情況下，得到實際的運動軌跡如圖2所示。

其中橫坐標為時間，縱坐標為目標離雷達的距離。由圖中可以看出，該算法可以基本正確的反映目標的運動軌跡。但是測得的結果中仍然存在很多的虛點，在此基礎上，我們對現有點跡進行處理，使得結果更加準確。

針對已經得到的點跡圖，我們主要進行的是虛假點的濾除。

濾除的原則為首先判斷運動軌跡中所含有的目標數目，具體方法如下：

（1）統計在每個時刻點達到門限值的的點數，保留在縱向連續六個點以上超過門限值的軌跡，其余濾除。

（2）統計所有時刻點上連續的軌跡段的數目。如果超過2/3以上都分為N段，我們認為是N個目標，只有一段我們認為是一個目標。

在確定目標個數以后，我們針對每個時刻點上的軌跡進行處理，除去前一步我們確認的不屬于軌跡的部分，將其余的正常顯示。

處理后的運動軌跡如圖3所示。

四、結束語

從實驗結果來看，利用穿透式生命探測雷達，可以正確的探測人體運動軌跡從而判斷生命體的存在與否。

參 考 文 獻

[1] 丁鷺飛，耿富錄. 雷達原理. 西安電子科技大學出版社，1995

[2] “Moving Target Detector”AD/A 114709endprint