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穿墙雷达技术发展现状及趋势

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-12  

 

美国的RadarVision系统

美国的TimeDomain公司于1998年推出了他们的第一款穿墙雷达RadarVision1000,它采用超宽带技术和一发一收天线,系统工作时,雷达依靠硅—锗专用集成电路构成的时间芯片发射和接收脉冲,并有相关芯片将脉冲积聚成波形,经处理器分析后最终在显示器上以红色暗影的形式,将墙壁另一侧的目标显示出来。可穿透一般墙壁,但只能提供距离维信息。直到2002年,该公司又推出了RadarVision1000的升级版—RadarVision2000,它采用了收发天线阵列,可实现二维成像。在RadarVision系列的基础上,该公司继续推出了SolidVision系列,其中的SV2000A1就是一种编写超宽带雷达。但但其探测距离不够理想,而且分辨率不高。

俄罗斯的“RASCAN”系统

俄罗斯的Remote Sensing Lab 设计了“RASCAN”系统,其工作频率在1~10GHz,可以远距离探测10m厚混凝土墙壁后的活动目标。

国内研究动态

在国外做穿墙雷达研究的同时,国内也越来越认识到穿墙雷达的重要性,紧随国际潮流,展开了一系列的穿墙雷达的研究。

2005年,我国研制的“警视”系列隔墙探测雷达,利用了雷达生命特征信号监测技术了,可隔墙扫描探测并给出探测区域内人员的大致位置和分布情况。“警视一Ⅱ”探人雷达是专为公安、武警等部门的特种需求而设计研制的,主要用于在建筑物内隔墙(厚度小于国家建筑标准24厘米的砖混结构墙体)探测用常规方法难以发现的活人。如隔墙探测、监视室内人员;警察破门前,可探测室内罪犯状况等。可以在一定距离内穿透一定厚度的墙体探测到静止人员的呼吸、体动信号,从而实现隔墙探人的功能。“警视一Ⅲ”探测雷达是其最新型号,探测距离远,穿透能力强,不仅可以穿透非金属遮挡物探测是否有人员活体存在,并能在电脑终端精确显示其所处距离。此外还可纵向跟踪人员的运动情况并显示其运动轨迹。该探测雷达在穿透0.5米厚钢筋混凝土或砖混墙体后。还可以探测到15米以内的人员目标,距离分辨率小于10厘米。系统视场为120度,总重量小于10千克。电池(可充电)供电可连续工作两小时。

电子科技大学从2005年开始展开了对穿墙雷达的探索研究,经过几年的努力和大量的实验,现已经生产了步进频超宽带穿墙雷达样机,该雷达工作在1~20GHz能穿透40cm厚的一般水泥墙,实时给出目标的个数,方位,距离信息,实现目标跟踪成像等,有效探测距离可达15m。

南京理工大学根据穿墙生命探测的特点,提出了基于正弦调制,扩频连续波体质的穿墙探测方案,研制完成了该探测器的实验系统,并且进行了相关实验研究。

国防科技大学对穿墙雷达回波进行了建模,提出了基于小波变换的方法对雷达信号进行处理,并采用超宽带冲击波体质,对非金属墙壁后的人体目标进行检测,探测距离3~5m.。

另外中国电子科技集团公司第三十八研究所也在积极进行穿墙雷达相关研究,目前已经取得相当的成绩。

发展现状

穿墙探测在目前来说,是一个非常有前景但也颇具挑战性的问题。前景在于,目前很多场合都迫切需要一种设备能够实时准确地发现障碍物后面感兴趣的目标,并且这种信息越来越细节越好,然而,虽然理论上利用回波来探测可行的,实际上由于种种因素,如环境因素、空气湿度、墙体厚度、墙体结构、墙体材料等得限制,大大增加了穿墙探测的难度。

穿墙探测本身就是一个比较难得问题,因为墙体的厚度、材料、温度、湿度等环境因素千变万化,要在如此复杂的一个背景下面提取出人们感兴趣的信息本身就很困难,想要精确提取更难,这导致了基于多种技术手段的穿墙雷达的产生,比如超声波、毫米波、X射线、红外线等技术,以用来对付不同环境下的干扰,适用于不同环境。这虽然为穿墙雷达提供了部分解决思路和技术途径,然而这些技术本身也存在这样那样的不足,例如:超声波雷达的传感器特别容易受温度、湿度和噪声的影响,穿透性能很差;毫米波雷达虽然对一些非金属介质如塑料、木板等有一定的穿透力,但对于国内非常普遍的混凝土和砖块结构的墙穿透效果很差;X射线虽有较强的穿透能力,但对人体有害,会威胁到人类的健康。所以超宽带雷达在穿墙探测方面就脱颖而出:一方面其发射的超宽带信号具有高的距离分辨率,有利于目标的检测和定位;另一方面其发射的超宽带信号具有相对较低的工作频率,而且带宽很宽,所以该频段的电磁波可以穿透多种类型的墙壁,能够保证雷达在有较强的穿透能力的同时还具有较大的作用距离,具有独特的优势。

发展趋势

穿墙雷达最近几年的主要发展趋势还是向小型化,便携式,低能耗,易使用,多功能方面发展最小的穿墙雷达小到如手电筒大小。其系统模式主要由天线、收发信机、数据采集(ADC)、数据处理(DSP)、显控平台(ARM)组成,其中现场可编程门阵列(FPGA)因其灵活、高速、兼有ASIC和DSP的优点,越来越受到人们的青睐。同时,FPGA里面的资源越来越多,现阶段的高端FPGC都集成ARM和DSP核,按照这个发展趋势,以后的便携式雷达系统很有可能仅用一个高端的FPGA芯片就可以完成。

结束语

通过隔墙探人系统资料的查阅,加深了我对隔墙探人系统的认识,对当前的主要隔墙探人原理和系统有了一定的了解。我相信经过这样的积厚薄发一定能对我在今后对武器系统方面的研发和设计上有很大的帮助;同时也只有像这样时刻了解国际上隔墙探人系统的研发动态,我们才能在吸收国外的先进思想下自主研发出我们中国人自己的隔墙探人系统,才能让我国的国防军队克敌制胜,才能为我国的国防事业贡献力量。


 
关键词: 穿墙雷达

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