基于雷達技術的人身安全防護系統

劉萬柱

【摘要】 本文簡要介紹了基于雷達技術的人身安全防護系統的發展現狀、特點、設計、原理等內容。包括各個子系統的組成和設計等，它們既有各自獨立存在的特性，又有互相配合、密切相關的有機聯系。通過本文能夠使大家對基于雷達技術的人身安全防護系統是如何實現的有一個深入的認識。

【關鍵詞】 雷達探測 方位引導 報警終端 無線遙控

隨著現代高速公路的快速發展，帶來的交通安全事故也在逐漸增多，就需要更多的交通執法人員進行現場事故處理，如何利用一些設備對現場處理事故人員的人身安全進行保護是交通執法部門關注的焦點。綜合以上背景，設計了這套基于雷達技術的人身安全防護系統，可以有效輔助交通執法人員及時規避危險車輛從而保護其人身安全。

一、系統概要

1.1系統的概念

基于雷達技術的人身安全防護系統作為交通執法人員單兵安全預警裝備，安裝在執勤警車頂部，實時監視前方車輛威脅目標，按照預置的報警條件自主報警輸出，為交通執法人員道路事故處理過程提供安全預警的聲、光、振動等報警信息，保障交通執法人員的人身安全。

1.2系統的特點

基于雷達技術的人身安全防護系統利用雷達探測技術對目標車輛進行探測。采用多通道技術及先進的車道識別、目標精細檢測及跟蹤算法，可以實時測量監視區域內多個運動車輛的距離信息、速度信息（包括速度大小及運動方向），并進行車輛的行駛道路識別。可以根據設定條件自動識別威脅車輛，當檢測到危險車輛時觸發報警模塊并通過無線方式發送給無線報警終端。

二、系統設計

2.1系統的組成及功能

系統設計采用模塊化結構。可分解為五個模塊：雷達探測模塊、方位引導模塊、報警終端、無線遙控模塊。各個模塊功能如下所述。

2.1.1雷達探測模塊

用于探測來往車輛，并根據車輛速度、距離、方位信息，來判定是否達到報警閾值，并利用無線射頻技術，把報警信息發送到報警終端。

2.1.2方位引導模塊

利用雷達信號反射原理，用于標定雷達探測信號的方位，使雷達探測模塊可以按照設定的區域進行車輛的探測跟蹤。對雷達探測模塊車輛行駛道路的識別起到了輔助作用，有效的減少了虛警率。

2.1.3報警終端

交通執法人員佩戴在身上，與皮膚接觸。當收到雷達探測模塊發出的報警信息，立刻發出聲、光、振動三種形式的報警警示，提醒交通執法人員注意有危險車輛靠近，盡快躲避到安全區域。

2.1.4無線遙控模塊

通過紅外遙控信號，來控制雷達探測模塊的工作狀態。例如：開機、關機、功能性調整等。

2.2各個子模塊的設計

根據用戶對人身安全防護的需要和系統設計的原則，要求各個子模塊的設計應滿足各方面的需求，力求達到既能有多功能的綜合信息服務性能，實現智能化管控，又要符合經濟合理的原則。各個子模塊的具體設計內容如下所述。

2.2.1 雷達探測模塊

就系統的劃分而言，雷達探測模塊是本系統的核心組成部分。

雷達探測模塊主要由以下七部分組成：雷達組件、射頻組件、模擬電路板、數字電路板、顯示控制板、電源板、云臺。

各部分主要設計如下：

（1）雷達組件

用于產生雷達信號，并通過雷達天線以電磁波的形式發射出去，形成以雷達天線為原點，夾角為10度的扇形輻射區域。當發射的電磁波遇到行使中的車輛自然會產生反射，雷達天線通過接收反射回來的電磁波來判定車輛行使的速度、距離、方位信息。

（2）射頻組件

用于產生射頻信號，并通過全向射頻天線把滿足報警條件的信息發送給報警終端。

（3）模擬電路板

雷達天線接收反射回來的電磁波信號輸入到模擬電路板，完成對回波信號的濾波、放大等處理。

（4）數字電路板

經模擬電路板處理后的信號輸入到數字電路板，完成AGC（自動增益控制）及進一步的信號處理。數字電路板通過相關通信接口與外部計算機等設備進行有線的數據通信，來讀取雷達探測模塊的報警信息等。數字電路板通過相關連接接口與電機控制板進行數據的交互，以達到數字電路板對電機的控制。

（5）顯示控制板

雷達探測模塊具有工作狀態指示功能，例如：開機指示、關機指示、工作指示、自檢狀態指示等。通過顯示控制板來完成以上工作狀態指示功能。

（6）電源板

用于雷達探測模塊的各個組件及電路板的供電。以滿足雷達探測模塊的正常工作。

（7）云臺

因雷達信號的覆蓋范圍是固定角度的扇形區域，并具有固定的指向性。當雷達探測模塊安裝位置有偏差時，可使用云臺來帶動雷達探測模塊的本體，進行雷達信號的指向調節。

2.2.2方位引導模塊

方位引導模塊主要是輔助雷達探測模塊完成設定區域內的探測。方位引導模塊無任何電氣特性。主要由固定裝置和金屬反射體組成。金屬反射體可以根據實際要求做成特定的形狀。

當雷達信號遇到方位引導模塊就會以很強的反射波被雷達探測模塊接收，此時，雷達探測器就以方位引導模塊為基準，來設定雷達的探測區域，可以由最初的扇形雷達信號覆蓋區域設定成矩形雷達信號覆蓋區域。

2.2.3報警終端

報警終端通過聲、光、振動的方式來警示交通執法人員。報警終端運用無線射頻通信的方式與雷達探測模塊中的射頻組件進行數據通信。

2.2.4無線遙控模塊

無線遙控模塊采用紅外通信技術，來控制雷達探測模塊的相關功能。根據具體功能需求，來定義無線遙控模塊的按鍵功能。

三、系統原理

雷達探測模塊工作在k波段。采取天線收發分開的連續波調頻多普勒體制，通過長時間回波積累和距離多普勒二維處理進行目標速度、距離信息的提取。通過多目標回波信息的目標匹配、跟蹤濾波完成目標識別，符合預設的報警閾值后，發出報警信號給到報警終端。

雷達探測模塊利用MTI（動目標顯示）技術實現對道路上車輛運動與靜止目標的區分。MTI技術是利用動目標回波的多普勒頻移來區分動目標和固定目標。由于靜止目標多普勒頻率為0，運動目標多普勒頻率不為0，從而就達到了消除固定雜波，保留運動目標信息的目的。

雷達探測模塊利用MTD（動目標檢測）技術實現對運動目標速度的提取。由于單純的MTI只是對靜止目標進行了抑制，保留運動目標信息，但是運動目標的速度、距離等信息其實還是未知的。在MTI后首先通過CFAR（恒虛警檢測），然后進行FFT（快速傅氏變換），便得到各個目標的運動速度。

雷達探測模塊利用Kalman（卡爾曼）濾波技術實現目標跟蹤和預測。卡爾曼濾波算法基本思想是根據測量值和預測值估計實際值，從而提高系統可靠性和精度。

四、結束語

應用給交警執法人員的安全防護設備較少，相關的標準規范還沒有健全。目前，基于雷達技術的人員安全防護產品在國際、國內還沒有實現產業化，隨著我國綜合國力的提升，對科研經費的大力投入，我們有理由相信，不久的將來，適用于高速公路人員安全防護的產品會出現質的飛躍。

參 考 文 獻

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