基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法
【专利摘要】本发明公开了基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法，至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，电磁波穿透墙体射到墙体后的人员目标上，提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。本发明具有定位精度高，探测距离远，实时性好，可随时监控等优点。
【专利说明】
基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种超宽带穿墙雷达人员定位系统，具体涉及一种基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法。【背景技术】
[0002]超宽带定位技术在国外的研究主要有:R.Jean-Marc Cramer等人提出了一种基于 CLEAN算法的T0A估计方法;Joon-Yong Lee等提出了一种广义最大似然估计的方法;Pratt 和Wheeler等人提出了基于天线阵列的超宽带定位的方法，和之前使用单一天线的方法相比大大提高了超宽带定位技术在非视距环境下的定位精度;Kegen等人将卡尔曼滤波算法应用到超宽带定位中，实现了目标定位和追踪。美国AetherWire公司开发出了目前最先进的芯片Aether5，它是基于UWB频谱和CMOS开发工艺，高集成度使它的体积小到不能被察觉、 信号穿透能力超强、定位精度能够达到厘米级别，且功耗极小，这些优点使它在世界军事反恐方面得到了广泛的应用。英国的Ubisense公司也研发出了一款UWB无线定位产品，应用 TD0A/A0A联合定位技术，工作在5.8-7.2GHz频段，探测距离最远可以达到50米，定位精度能够达到15〇11。461:116^；[代&]^0031:；[〇11公司研发的高集成度1]113定位芯片只有硬币大小，而且功耗低、成本低，在干扰较小的环境中定位精度可以达到厘米级。美国Time domain公司研制了一款基于UWB技术的穿墙透视仪，它可以穿透数层墙面实现对物体的探测，该产品也得到了广泛的应用。
[0003]我国在超宽带UWB定位技术研究与应用方面处于刚刚起步阶段，但是国家对于该先进技术领域的研究很重视，鼓励科研部门和相关单位进行研究和理论创新并投入相当大的人力、财力以及物力支持。在国家863计划中通信技术将UWB无线通信中的关键技术作为无线通信共性与创新技术的内容，鼓励国内通信业加强对UWB技术的研发与投资；国家自然科学基金项目支持也对国内UWB定位技术的研究起到了推动和促进作用。另外许多高校和科研机构在UWB定位技术的研究方面进行项目申报，并取得了一定的进展，研究出了多项理论成果。虽然国内对于超宽带的理论研究及相关文章很多但是超宽带系统产品开发还未见成熟产品，UWB技术在人员定位系统中的应用更是与英美国家的发展水平存在很大的差距。
[0004]现有的人员定位采用的方式包括红外线、超声波、射频信号等，但都不适合穿墙室内定位。红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性;超声波受多径效应和非视距传播影响很大，不能用于室内环境;而射频信号普遍用在室外定位系统中，应用于室内定位存在局限。
[0005]GPS是目前应用最为广泛的室外定位技术，它是20世纪70年代初美国出于军事目的开发的卫星导航定位系统，主要利用几颗卫星的测量数据计算移动用户位置，即经度、炜度和高度。一般用于车辆导航和手持设备。在此基础上，还出现了增强型GPS，辅助GPS等技术，它们可以广泛用于航空、航海和野外定位等领域。利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，定位导航信号免费;缺点是定位信号到达地面是较弱，不能穿透建筑物，因此不适合室内定位，此外定位器终端的成本较高。GPS所能达到的定位精度范围在5m-20m。
[0006]当前比较流行的W1-Fi定位是IEEE802.1l的一种定位解决方案。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低，但W1-Fi收发器只能覆盖半径90m以内的地理区域，很容易受到其他信号干扰，从而影响定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗较高。
[0007] 蓝牙技术应用于定位，与W1-Fi有很多相似之处，主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库；同样有定位误差不稳定，受噪声信号干扰大的缺点。[〇〇〇8]由此可见，随着定位技术的发展和定位服务需求的不断增加，无线定位技术必须克服现有技术的缺点，满足以下几个条件:a)高抗干扰能力;b)高精度定位;c)低生产成本； d)低运营成本;e)高信息安全性;f)低能耗及低发射功率;g)小的收发器体积。
[0009]以上几种技术方案，都不可能完全满足这些要求。而UWB用在无线定位上，能够基本满足上述要求，因此成为穿墙定位的首选。
【发明内容】
[0010]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法，本发明具有定位精度高，探测距离远，实时性好，可随时监控等优点。
[0011]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0012]基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，包括:
[0013]至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，穿透墙体射到墙体后的人员目标上，通过接收反射回来的超宽带电磁波提取人员目标信息；
[0014]信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；
[0015]定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。[0〇16] 进一步的，所述定位控制模块还通过无线网络模块与Internet网络相连，同时计算机控制终端及数字化信息系统中心也与Internet网络相连，通过Internet网络定位控制模块、计算机控制终端及数字化信息系统中心之间可以相互通信;定位控制模块将人员目标的坐标信息传输至计算机控制终端及数字化信息系统中心，实现信息的共享。[〇〇17] 进一步的，所述Internet网络还与GPRS/GSM网络通信，手机控制终端通过GPRS/ GSM网络登陆Internet网络对数字化信息系统中心进行数据访问，浏览和查询人员位置信息。
[0018]进一步的，所述射频模块由接收天线、发射天线、两个接收通道、一个发射通道和频率发生器组成;频率发生器产生线性调频连续波信号，分别送入到发射通道和接收通道， 发射通道完成对信号的滤波和放大，并输出到发射天线；
[0019]两个接收通道对接收天线接收信号完成混频和放大，输出两路基带信号到信号处理模块的输入端，同时频率发生器产生的参考时钟和触发脉冲也送到信号处理模块的输入端。
[0020]进一步的，所述信号处理模块包括A/D转换单元、多普勒滤波单元以及FFT运算单元；
[0021]信号处理模块将射频模块的两路接收天线信号经A/D转化处理、多普勒滤波以及 FFT运算后得到目标相对于接收天线和发射天线的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块。
[0022]进一步的，所述定位控制模块包括串口通信模块、无线通信模块、定位算法模块及显不控制t旲块；
[0023]所述串口通信模块用于实现与信号处理模块之间的通信，所述无线通信模块用于实现与无线网络模块的通信，定位算法模块实现人员目标的定位，采用的主算法为双椭圆定位，最终坐标修正减少偏差采用中值滤波算法，定位算法模块将计算出的人员目标的坐标传给显示控制模块，显示控制模块将坐标信息通过显示装置进行显示。
[0024]进一步的，所述数字化信息系统中心包括数据库管理系统、远程综合监控系统及数据WEB发布系统；
[0025]所述数据库管理系统存储射频模块的配置信息、人员定位实时记录及历史记录信息；[〇〇26]所述远程综合监控系统与无线网络模块进行数据交互；[〇〇27]所述数据WEB发布系统所在的服务器通过防火墙和Internet网路与计算机控制终端连接。
[0028]进一步的，远程综合监控系统包括无线数据接收与处理子系统、人员定位实时信息子系统、报警及处理子系统；[〇〇29]无线数据接收与处理子系统:主要用于接收无线网络模块发送的人员数据，根据通信协议，对接收到的数据流解析、识别，同时存储到数据库管理系统所在的服务器上；
[0030]人员定位实时信息子系统:绘制人员目标的形式动态显示人员目标状态；
[0031]报警及处理子系统:主要提供异常报警的应对措施。[〇〇32]进一步的，报警事件发生时，报警及处理子系统显示故障信息，远程综合监控系统进行声光报警同时发送报警短信给管理人员，提醒及时检修，同时将记录所有的报警数据和处理信息。[0〇33]进一步的，数据WEB发布系统采用Browser/Server体系架构，完成人员目标监测数据的WEB发布，提供数据共享功能，授权用户通过Internet进行信息的浏览、查询。
[0034]基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位方法，包括:[0〇35]1)系统初始化，为所有的射频模块分配ID;[〇〇36]2)信号处理模块采集射频模块发送的信号进行处理，通过加窗、滤波以及FFT运算后判断检测的目标个数，并将信号处理后的结果上传给定位控制模块；[〇〇37]3)定位控制模块根据信号处理模块上传的信息再次判断是否有目标存在;如果有目标存在则根据三角原理，按照射频模块的ID给检测的目标数据进行配对，配对完成后则进入下一步，如果没有目标的话则结束本进程；
[0038]4)定位控制模块根据配对结果进行目标定位解算，如果解算的坐标为实数并且在可检测的范围内则认定为此坐标值合理，否则认定不合理；[〇〇39]坐标值合理的则将坐标信息上传至数字化信息系统中心，实时数据存储到数据库管理系统所在的服务器上；同时目标坐标也会在本地进行实时显示；坐标值如果不合理则重复步骤3)，重新进行数据配对。
[0040]步骤3)中，当信号处理模块上传的信息中包含有目标个数时，则目标存在，否则， 不存在。[0041 ]步骤4)中，可检测范围是最大的探测距离为15m，探测角度为45度。[〇〇42]本发明射频模块的发射天线发射超宽带电磁波，穿透墙体射到人员目标身上，经过目标散射，电磁波再次穿透墙体由接收天线接收，FPGA通过对两路接收天线的信号进行处理后，提取所需的人员目标信息传送给ARM，并由ARM计算目标人员的位置，将目标人员的坐标信息在本地显示后，通过无线网络模块将人员目标的坐标传送到人员定位信息系统中心，对数据进行WEB发布，实现数据共享，构建所需人员位置信息的检测、处理、监控的综合信息管理平台。[〇〇43]本发明的有益效果:
[0044]本发明的射频模块发射的超宽带电磁波，带宽高、功耗低穿透力强，能够穿透墙体探测人员目标，FPGA可以快速的对射频模块两路接收天线信号进行处理，并将提取所需的人员目标信息传送给ARM，由ARM计算目标人员的位置，在本地显示。
[0045]本发明实现了人员目标的快速定位和跟踪，同时人员定位信息系统中心能够对数据进行WEB发布，实现数据共享，构建所需人员位置信息的检测、处理、监控的综合信息管理平台。【附图说明】
[0046]图1为本发明的结构示意图；[〇〇47]图2为射频模块结构图；[〇〇48]图3为FPGA功能模块框图；
[0049]图4为ARM主控制器电路图；
[0050]图5为本发明远程监控流程图；[〇〇511图6基于三角原理的传统配对原理示意图；[〇〇52]其中，1.射频天线，2.FPGA信号处理模块，3.ARM定位控制模块，4.无线网络模块， 5.本地显示模块，6.数据库管理系统，7.远程综合监控系统，8.数据WEB发布系统，9.数字化信息系统中心，10.1nternet网络，11.GPRS/GSM网络，12.手机控制终端，13.计算机控制终端，14.无线路由器。【具体实施方式】:[〇〇53]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0054]如图1所示，基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统包括超宽带射频模块、FPGA信号处理模块2、ARM定位控制模块3、无线网络模块4、本地显示模块5、数字化信息系统中心9。[〇〇55] ARM定位控制模块3按照功能划分为ARM串口通信模块、ARM无线通信模块、定位算法模块、显示控制模块。
[0056]超宽带射频模块的发射天线发射超宽带电磁波，电磁波穿透墙体射到后面的人员目标上，经过目标散射的电磁波再次穿透墙体由两路接收天线接收，通过对两路接收天线的信号处理，产生基带信号送到FPGA信号处理模块2中。FPGA信号处理模块2对信号进行处理后将人员目标信息通过串口传递给ARM定位控制模块3;ARM定位控制模块3按照功能划分为ARM串口通信模块、定位算法模块、显示控制模块、ARM无线通信模块。ARM串口通信模块主要是和FPGA信号处理模块2进行双向通信，定位算法模块实现人员目标的定位，采用的主算法为双椭圆定位，最终坐标修正减少偏差采用中值滤波算法;显示控制模块移植有QT界面显示编译环境，通过QT编程实现界面功能设计，并通过VGA接口控制本地显示模块5，最终将人员目标的坐标信息显示在显示屏上。[〇〇57] ARM无线通信模块集成有USB口，WIFI的USB驱动程序嵌入在ARM主控制芯片，通过 ARM无线通信模块建立与无线网络模块的通信;ARM定位控制模块3提取人员目标信息并根据定位算法计算出人员目标的位置然后控制本地显示，在本地显示模块5上显示当前的人员坐标，同时ARM无线通信模块通过无线网络模块4将人员坐标上传至数字化信息系统中心 9〇[〇〇58]数字化信息系统中心9它包括数据库管理系统6、远程综合监控系统7、数据WEB发布系统8,远程综合监控系统7所在的计算机通过TCP/IP网络和无线路由器与无线网络模块 4进行数据交互，数据WEB发布系统8所在的服务器通过防火墙和Internet网络10与用户计算机连接。数据库管理系统6存储有射频模块配置信息、人员定位实时记录、历史记录;远程综合监控系统9中监测的人员位置信息、设备状态上传到数据库管理系统6中，数据WEB发布系统8所在的服务器通过读取数据库管理系统6,在防火墙防止恶意攻击的安全保护下，通过Internet网络10将人员位置数据发布，实现数据共享功能，所有授权用户计算机控制终端13可通过Internet网络10以及手机用户的手机控制终端12通过GSM/GPRS网络11进行人员位置信息的浏览、查询。
[0059]如图2所示，超宽带射频模块包括射频天线1、接收通道、发射通道和频率发生器， 射频天线1由两个接收天线、一个发射天线组成;发射天线位于两个接收天线的中间并呈直线排列。发射天线发射超宽带电磁波，电磁波穿透墙体射到墙体后的人员目标上，经过目标散射的电磁波再次穿透墙体由两路接收天线接收，通过对两路接收天线的信号处理，提取人员目标信息。
[0060]频率发生器产生LFM-CW(线性调频连续波)信号，分别送入到发射通道和接收通道，发射通道完成对信号的滤波和放大，并输出到发射天线。两个接收通道对接收天线接收信号完成混频和放大，输出两路基带信号到FPGA信号处理模块2的输入端，同时频率发生器产生的参考时钟和触发脉冲也送到FPGA信号处理模块2的输入端。
[0061]如图3所示，FPGA信号处理模块2根据功能的不同分为A/D转换单元、多普勒滤波单元以及FFT运算单元;FPGA信号处理模块2将射频模块的两路接收天线信号经A/D转化处理、 多普勒滤波以及FFT运算后得到目标相对于接收天线和发射天线的距离长度，并将此距离信息传送给ARM定位控制模块3。[〇〇62] 如图4所示，ARM定位控制模块3的主控制芯片为三星公司的S3C2440,主控制芯片上设有2个RS232接口，其中一个用于ARM的程序下载和调试，另一个用来和FPGA的串口通信艮PARM串口通信模块;ARM无线通信模块集成有USB 口，WIFI的USB驱动程序嵌入在ARM主控制芯片，通过ARM无线通信模块建立与无线网络模块4的通信;定位算法模块实现人员目标的定位，采用的主算法为双椭圆定位，最终坐标修正减少偏差采用中值滤波算法;定位算法模块将计算出的人员目标的坐标传给显示控制模块。显示控制模块移植有QT界面显示编译环境，通过QT编程实现界面功能设计，并通过VGA接口控制本地显示模块，最终将人员目标的坐标信息显示在显示屏上。
[0063] 本地显示模块5为10.4英寸的工业显示屏G104STN0.1.0，支持SVGA显示模式，分辨率为800*600。[0〇64]数字化信息系统中心9设置在中心控制室，它包括数据库管理系统6、远程综合监控系统7、数据WEB发布系统8,远程综合监控系统7所在的计算机通过TCP/IP网络和无线路由器14与无线网络模块4进行数据交互，数据WEB发布系统8所在的服务器通过防火墙和 I n t e r n e t网路与计算机控制终端13连接。
[0065]数据库管理系统6存储有射频模块配置信息、人员定位实时记录、历史记录;射频模块配置信息包括发射天线和接收天线个数、发射天线和接收天线位置设置、发射天线识别编码、接收天线识别编码、接收天线和发射天线间距；
[0066]人员定位实时记录包含人员目标位置、人员目标个数、监测时间；
[0067]历史记录包括在监测时间段内人员目标的运动轨迹、报警事件、以及操作日志;报警事件包括报警类型、报警时间、维修时间、处理措施，报警类型分为射频模块故障、无线网络模块故障、FPGA故障、ARM故障;所述操作日志包括系统运行、系统关闭、监控数据的备份、 报警确认系统操作事件。
[0068]远程综合监控系统7包括无线数据接收与处理子系统、人员定位实时信息子系统、 报警及处理子系统。数据WEB发布系统采用Browser/Server体系架构。
[0069]远程综合监控系统7是人员定位信息系统中心的核心，通过接收无线网络模块的人员信息，以目标坐标、曲线、列表等形式动态信息显示，对目标人员进行可视化监管。 [〇〇7〇]无线数据接收与处理子系统主要用于接收无线网络模块发送的人员数据，根据制定的通信协议，对接收到的数据流解析、识别，同时存储到数据库管理系统所在的服务器上；
[0071]人员定位实时信息子系统:以QT组件为应用支撑层，利用QT绘图技术绘制人员目标的运动轨迹、以曲线、列表等形式动态显示人员目标状态；[〇〇72]报警及处理子系统:主要提供异常报警的应对措施。报警事件发生时，报警及处理子系统显示故障信息，系统进行声光报警同时发送报警短信给管理人员，提醒及时检修，系统同时将记录所有的报警数据和处理信息；[0〇73]数据WEB发布系统8采用Browser/Server体系架构，完成人员目标监测数据的WEB 发布，提供数据共享功能，授权用户可通过Internet进行信息的浏览、查询。[〇〇74]如图5所示，人员定位远程综合监控的步骤为:[〇〇75] 1)系统初始化，为所有的射频模块分配ID;[〇〇76] 2)FPGA信号处理模块2采集射频模块信号进行处理，通过加窗、滤波以及FFT运算后判断检测的目标个数，并将信号处理后的结果上传给ARM定位控制模块3;[〇〇77]3)ARM定位控制模块3根据FPGA信号处理模块2上传的信息再次判断是否有目标存在;如果有目标存在则根据三角原理，按照射频模块的ID给检测的目标数据进行配对，配对完成后则进入下一步，如果没有目标的话则结束本进程；
[0078] 4)ARM定位控制模块3根据配对结果进行目标定位解算，如果解算的坐标为实数并且在可检测的范围内则认定为此坐标值合理，否则认定不合理；[〇〇79]坐标值合理的话则将坐标信息上传至人员定位信息系统，实时数据存储到数据库管理系统6所在的服务器上，以供历史轨迹绘制和历史报表查询、打印；同时目标坐标也会在本地进行实时显示;坐标值如果不合理则重复步骤3)，重新进行数据配对。
[0080]如图6所示，下面介绍基于三角原理的传统配对方法:
[0081]以一发双收雷达为例，由上图所示，R〇是目标和发射天线之间的距离，心是目标和接收天线1之间的距离，R2是目标和接收天线2之间的距离。穿墙雷达测量值为发射信号经目标反射后的回波，因此
[0082]ri = Ro+Ri
[0083]r2 = R0+R2[〇〇84]区分同一目标的距离像的方法是三角原理，两边之差小于第三边。表达式如下
[0085]| Ri_R2 | <di+d2
[0086]等效于
[0087]ri~r21 <di+d2
[0088]本发明所利用的技术包括:[〇〇89]1、超宽带射频技术
[0090]超宽带射频技术是近年来通信领域兴起的一种无线通信技术，UWB超宽带不采用正弦载波，而是利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。目前大家公认的UWB超宽带信号主要是指采用相对信号带宽大于20%或者绝对带宽大于500MHz的信号；只要满足UWB信号对带宽的定义的无线信号都可以认为是UWB信号。由于超宽带技术是通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，所以信号具有 GHz量级的带宽。它对信号的衰落不敏感、功耗低、发射信号功率谱密度低、多径分辨率比较高、系统复杂度低、定位精度能够达到厘米级等优点使得超宽带在无线定位技术中有着很大的潜力和应用前景。
[0091]2、FPGA信号处理技术
[0092]FPGA可编程逻辑阵列器件是一种可以根据实际所需逻辑功能由用户进行编程实现的数字集成电路，利用其内部的逻辑结构可以实现任何布尔表达式、寄存器函数。和一般的集成电路相比，FPGA可编程逻辑阵列器件具有设计周期短、灵活性高、修改方便、运行速度快等优点。它兼有串行、并行工作方式，这使得FPGA具有高集成度、高速和高可靠性，其时钟延迟可达纳秒级，同时在基于芯片的设计中能够减少芯片的数量，降低能源消耗，缩小系统体积，提高系统的性能指标和可靠性。正是由于FPGA的这些优点，使得FPGA在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应用前景。[〇〇93] FPGA的高速和高可靠性使它成为实现数字信号处理最有效的一种工具。[〇〇94]3、ARM通讯、定位显示控制技术[〇〇95]32位的ARM处理器是超宽带穿墙雷达人员定位系统的核心控制部件，它既有和FPGA的串口通讯，接收人员目标数据，同时有定位算法实现功能，并将人员的坐标信息在本地显示。通过无线网络模块将人员坐标信息上传至数字化信息系统中心。
[0096]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，包括:至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，穿透墙体射到墙体后的人员目标上， 通过接收反射回来的超宽带电磁波提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对 于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块 进行本地显示。2.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述定位控制模块还通过无线网络模块与Internet网络相连，同时计算机控制终端及数字 化信息系统中心也与Internet网络相连，通过Internet网络定位控制模块、计算机控制终 端及数字化信息系统中心之间可以相互通信；定位控制模块将人员目标的坐标信息传输至计算机控制终端及数字化信息系统中心， 实现信息的共享。3.如权利要求2所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述Internet网络还与GPRS/GSM网络通信，手机控制终端通过GPRS/GSM网络登陆Internet 网络对数字化信息系统中心进行数据访问，浏览和查询人员位置信息。4.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述射频模块由接收天线、发射天线、两个接收通道、一个发射通道和频率发生器组成;频 率发生器产生线性调频连续波信号，分别送入到发射通道和接收通道，发射通道完成对信 号的滤波和放大，并输出到发射天线；两个接收通道对接收天线接收信号完成混频和放大，输出两路基带信号到信号处理模 块的输入端，同时频率发生器产生的参考时钟和触发脉冲也送到信号处理模块的输入端。5.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述信号处理模块包括A/D转换单元、多普勒滤波单元以及FFT运算单元；信号处理模块将射频模块的两路接收天线信号经A/D转化处理、多普勒滤波以及FFT运 算后得到目标相对于接收天线和发射天线的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模 块。6.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述定位控制模块包括串口通信模块、无线通信模块、定位算法模块及显示控制模块；所述串口通信模块用于实现与信号处理模块之间的通信，所述无线通信模块用于实现 与无线网络模块的通信，定位算法模块实现人员目标的定位，采用的主算法为双椭圆定位， 最终坐标修正减少偏差采用中值滤波算法，定位算法模块将计算出的人员目标的坐标传 给显示控制模块，显示控制模块将坐标信息通过显示装置进行显示。7.如权利要求2所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 所述数字化信息系统中心包括数据库管理系统、远程综合监控系统及数据WEB发布系统；所述数据库管理系统存储射频模块的配置信息、人员定位实时记录及历史记录信息；所述远程综合监控系统与无线网络模块进行数据交互；所述数据WEB发布系统所在的服务器通过防火墙和Internet网路与计算机控制终端连接。8.如权利要求7所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 远程综合监控系统包括无线数据接收与处理子系统、人员定位实时信息子系统、报警及处 理子系统；无线数据接收与处理子系统:主要用于接收无线网络模块发送的人员数据，根据通信 协议，对接收到的数据流解析、识别，同时存储到数据库管理系统所在的服务器上；人员定位实时信息子系统:绘制人员目标的形式动态显示人员目标状态；报警及处理子系统:主要提供异常报警的应对措施。9.如权利要求7所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是， 数据WEB发布系统采用Browser/Server体系架构，完成人员目标监测数据的WEB发布，提供 数据共享功能，授权用户通过Internet进行信息的浏览、查询。10.基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位方法，其特征是，包括:1)系统初始化，为所有的射频模块分配ID;2)信号处理模块采集射频模块发送的信号进行处理，通过加窗、滤波以及FFT运算后判 断检测的目标个数，并将信号处理后的结果上传给定位控制模块；3)定位控制模块根据信号处理模块上传的信息再次判断是否有目标存在;如果有目标 存在则根据三角原理，按照射频模块的ID给检测的目标数据进行配对，配对完成后则进入 下一步，如果没有目标则结束本进程；4)定位控制模块根据配对结果进行目标定位解算，如果解算的坐标为实数并且在可检 测的范围内则认定为此坐标值合理，否则认定不合理；坐标值合理的则将坐标信息上传至数字化信息系统中心，实时数据存储到数据库管理 系统所在的服务器上；同时目标坐标也会在本地进行实时显示；坐标值如果不合理则重复 步骤3)，重新进行数据配对。
【文档编号】G05B19/042GK105974406SQ201610370792
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张琳, 常天英, 赵兴文, 张延波, 田现忠, 杨秀蔚, 颜广, 葛兆斌
【申请人】山东省科学院自动化研究所