一种用于室内活动目标检测的雷达装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种室内活动目标检测雷达装置及方法，所述雷达装置包括天线阵列、雷达射频收发单元、信号处理单元和控制单元；所述天线阵列包括多个天线单元，所述多个天线依次环绕连接在室内待监控区域的边沿处，所述天线单元包括一个发射天线和两个接收天线，所述雷达射频收发单元分别与所述每个天线单元中的发射天线和接收天线连接；信号处理单元分别所述雷达射频收发单元和控制单元连接；所述控制单元分别与所述天线单元和雷达射频收发单元连接。本发明不会采集监控区域内的视频画面，因而能够保护监控区域内的隐私，且能够准确判断监控区域内是否出现异常，从而发出警报。
【专利说明】—种用于室内活动目标检测的雷达装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活动目标检测装置，具体涉及一种用于室内活动目标检测的雷达装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，常用的室内活动目标检测装置大多为视频监控，由于视频监控能够采集室内的详细情况，能够清楚采集监控区域内的画面,例如人的长相、一举一动等，因而视频广泛应用于室内活动目标检测。
[0003]但是，在某些特殊的私人场合，需要对监控的区域进行隐私保护，避免对私人住宅内部情况被视频监控而处于公开状态，此时，视频监控就无法满足要求了，例如:对于私人住宅内的监控，当私人住宅内没有家人时，往往只是需要检测住宅内是否有“动静”，以此判断有他人进入住宅内，从而进行报警。再如:当私人住宅内只有老人时，可以只是检测老人的活动，当一段时间内，没有检测到老人的活动，从而可以判断老人可能发生意外，进而发出报警。
[0004]此外，视频监控需要在一定的光线环境下才能达到所需的效果，因此视频监控的使用范围具有相当的局限性。
【发明内容】
[0005]有鉴于上述现有技术的不足，本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种室内活动目标检测装置，该装置能够检测室内的活动情况，从而判断室内是否出现异常，并进行报警，且能够适用于光线阴暗的环境。
[0006]实现本发明目的采用的技术方案是:一种室内活动目标检测装置，该装置包括:
[0007]雷达装置，所述雷达装置包括天线阵列、雷达射频收发单元、信号处理单元和控制单元；所述天线阵列包括多个天线单元，所述多个天线单元依次连接成环后设于待监控区域的中心，所述天线单元包括一个发射天线和两个接收天线，所述雷达射频收发单元分别与所述每个天线单元中的发射天线和接收天线连接；信号处理单元分别所述雷达射频收发单元和控制单元连接；所述控制单元分别与所述天线单元和雷达射频收发单元连接；
[0008]通信网，所述控制单元连接在所述通信网上；
[0009]云端服务器，连接在所述通信网上；以及
[0010]监控终端，与所述云端服务器连接。
[0011]在上述技术方案中，所述雷达射频收发单元包括依次连接的信号产生模块、数模转换器、压控振荡器和功率放大器，所述信号产生模块通过准确控制压控振荡器来产生调频连续波信号，产生的调频连续波信号依次经过数模转换器、压控振荡器和功率放大器后传输至发射天线；
[0012]所述雷达射频收发单元还包括与接收天线连接的低噪声放大器，以及混频器和模数转换器，所述低噪声放大器输出至混频器，混频器的输入还与所述压控振荡器连接，混频器将一个天线单元中的两个接收天线所收到的两路回波信号分别与压控振荡器产生的发射信号经过混频后输出至模数转换器，模数转换器将信号传输至信号处理单元。
[0013]本发明还提供一种室内活动目标检测的方法，该方法包括:
[0014]产生周期性的频率递增的电磁波信号，并通过天线单元中的发射天线向固定方向发射；
[0015]将同一天线单元中的两个接收天线接收回波信号分别与发射信号进行混频，得到差频信号，对所述差频信号进行采样后送至信号处理单元；
[0016]信号处理单元经过快速傅里叶变换和多普勒处理后，得到目标的距离和速度；再根据同一个天线单元中的两个接收天线接收到的回波的相位差，得到目标的准确方位。
[0017]进一步地，在所述室内活动目标检测方法的基础上，还构建了智能监控网络，包括:
[0018]将每次检测和处理得到的目标的方位、距离和速度信息通过通信网传输到云端服务器中，作为以后智能分析的基础；云端服务器会根据长期的检测数据进行学习和训练，在此基础上对室内环境的变化、目标的特征、运动的特征做出识别，然后根据需要进行智能监控和预警。
[0019]本发明通过同一天线单元中的两个接收天线接收回波信号分别与发射信号进行混频，得到差频信号，对该差频信号进行处理后得到对两个接收数据的相位，比较相位后检测出是否有运动目标，并计算出目标的方位，距离和速度。与现有室内视频监控相比，本发明不会采集监控区域内的视频画面，因而能够保护监控区域内的隐私，且能够准确判断监控区域内是否出现异常，从而发出警报。此外，本发明采用雷达监控装置的监控效果不会受环境光线的影响，适用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明室内活动目标检测雷达装置的结构框图。
[0021]图2为雷达装置的结构框图。
[0022]图3为本实施例所用天线阵列的结构示意图。
[0023]图4为图2中一个天线单元的结构示意图。
[0024]图5为实施例室内活动目标检测雷达装置的结构示意图。
[0025]图6为本实施例方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]如图1和图2所示，本发明室内活动目标检测雷达装置包括雷达装置、通信网、云端服务器，雷达装置和云端服务器均连接在通信网上，云端服务器还连接有与用户联系的报警器、手机和邮件系统。所用雷达装置包括依次连接的天线阵列、雷达射频收发单元、信号处理单元和控制单元，控制单元还分别与天线阵列和雷达射频收发单元连接。
[0028]如图3所示，本发明中的天线阵列包括多个天线单元，多个天线单元依次连接成环后设于待监控区域的中心。如图4所示，每个天线单元采用单发双收模式实现精确角度定位，包括一个发射天线和两个接收天线(接收天线I和接收天线2)。控制单元按照固定的时间间隔依次开启某一个天线单元，这样每一个天线单元都能覆盖到一定角度的范围，利用单个天线单元中的两个接收天线收到回波的相位差，可以在单个天线单元的覆盖范围内得到目标的精确角度。
[0029]本实施例以8个天线单元依次连接构成的等边八边形为例进行说明，该等边八边形位于监控区域所在空间的中心处，即构成该等边八边形的天线单元能够覆盖监控区域的全部空间。控制单元对八个天线进行多路选择，并依次开启一个天线，这样每一个天线都能覆盖45°的区域。
[0030]如图5所示，本发明雷达射频收发单元包括依次连接的信号产生模块、数模转换器、压控振荡器和功率放大器，本实施例以可编程逻辑门阵列(FPGA)作为信号产生模块，通过准确控制压控振荡器(VCO)来产生调频连续波(FMCW)信号，产生调频连续波信号经过功率放大器后传输至发射天线。雷达射频收发单元还包括与接收天线连接的低噪声放大器，以及混频器和模数转换器，混频器的两个输入端分别与低噪声放大器和压控振荡器连接，低噪声放大器输出至混频器，混频器将一个天线单元中的两个接收天线所收到的两路回波信号分别与压控振荡器产生的发射信号经过混频后输出至模数转换器，模数转换器将信号传输至信号处理单元。
[0031]如图6所示，本发明室内监控装置的工作过程如下:
[0032]1、雷达初始化完成后，雷达射频收发单元采用调频连续波方式(FMCW)，可编程逻辑门阵列调制压控振荡器(VCO)来产生周期性的频率递增的电磁波信号，并通过发射天线向固定方向发射。
[0033]2、同一天线单元中的两个接收天线接收回波信号分别与发射信号进行混频，得到差频信号，对该差频信号进行采样后送至信号处理单元处理。
[0034]3、信号处理单元经过快速傅里叶变换和多普勒处理得到目标的距离和速度，和两个接收数据的相位比较等一系列处理后(具体如上述相位差的说明)，可以检测出是否有运动目标，并计算出目标的具体方位，距离和速度。
[0035]4、雷达装置将每次检测和处理得到的目标的方位、距离和速度信息通过通信网传输到云端服务器中，作为以后智能分析的基础。云端服务器会根据长期的检测数据进行学习和训练，在此基础上对室内环境的变化，目标的特征(大人，小孩，宠物)，运动的特征(奔跑，慢行，跌倒)等做出识别，然后根据需要进行智能监控和预警，具体包括:
[0036]a.根据目标体积判断该目标是否异常。
[0037]由于距离的不同，雷达检测到的目标的体积大小会存在误差，云端服务器根据长期的数据，以及积累到的环境信息，对这个由于距离带来的误差进行修正，即对空间每个位置都对应一个修正值，从而得到比较准确的目标体积，进而根据检测到目标的大小特征来判断目标是大人，小孩或者宠物。通过上述方法得到家庭内大人的身高和体积的修正值，当雷达监控装置检测到室内出现目标的身高和体积与大人修正值不符合的时候，云端服务器向报警器、手机或者邮件系统发出警报，提醒该房间内出现异常目标。
[0038]b.根据目标运动状态判断该目标是否异常。
[0039]云端服务器根据长期的数据，能检测出目标的运动特性，例如:相同位置上的目标体积不同，则为蹲下或跌倒；速度超过正常人步行的值，则为跑动；公共场合有大量目标聚集，则为冲突或突发事件等。当房间内只有老人时，如果检测到目标为蹲下或跌倒状态时，则可能老人出现异常情况，云端服务器向报警器、手机或者邮件系统发出警报，提醒老人状态异常。
[0040]c.根据目标习惯状态发出提醒信息。
[0041]对于长期存在于雷达探测区域的目标，云端服务器根据目标根据，可以长期记录该目标的行为习惯，例如每天的睡眠时间，上网时间等，从而根据需求通过手机或者邮件对目标进行提醒。
【权利要求】
1.一种用于室内活动目标检测的雷达装置，其特征在于，包括: 室内活动目标检测的雷达装置，所述雷达装置包括天线阵列、雷达射频收发单元、信号处理单元和控制单元；所述天线阵列包括多个天线单元，所述多个天线单元依次连接成环后设于待监控区域的中心，所述天线单元包括一个发射天线和两个接收天线，所述雷达射频收发单元分别与所述每个天线单元中的发射天线和接收天线连接；信号处理单元分别与所述雷达射频收发单元和控制单元连接；所述控制单元分别与所述天线单元和雷达射频收发单元连接； 通信网，所述控制单元连接在所述通信网上； 云端服务器，连接在所述通信网上；以及 监控终端，与所述云端服务器连接。
2.根据权利要求1所述的室内活动目标检测的雷达装置，其特征在于: 所述雷达射频收发单元包括依次连接的信号产生模块、数模转换器、压控振荡器和功率放大器，所述信号产生模块通过准确控制压控振荡器来产生调频连续波信号，产生的调频连续波信号依次经过数模转换器、压控振荡器和功率放大器后传输至发射天线； 所述雷达射频收发单元还包括与接收天线连接的低噪声放大器，以及混频器和模数转换器，所述低噪声放大器输出至混频器，混频器将一个天线单元中的两个接收天线所收到的两路回波信号分别与压控振荡器产生的发射信号经过混频后输出至模数转换器，模数转换器将信号传输至信号处理单元。
3.一种室内活动目标检测方法，其特征在于，包括: 产生周期性的频率递增的电磁波信号，并通过天线单元中的发射天线向固定方向发射； 将同一天线单元中的两个接收天线接收回波信号分别与发射信号进行混频，得到差频信号，对所述差频信号进行采样后送至信号处理单元； 信号处理单元经过快速傅里叶变换和多普勒处理后，得到目标的距离和速度；再根据同一个天线单元中的两个接收天线接收到的回波的相位差，得到目标的准确方位。
4.根据权利要求3所述的室内活动目标检测方法，其特征在于: 建立智能监控网络，将每次检测和处理得到的目标的方位、距离和速度信息通过通信网传输到云端服务器中，作为以后智能分析的基础；云端服务器会根据长期的检测数据进行学习和训练，在此基础上对室内环境的变化、目标的特征、运动的特征做出识别，然后根据需要进行智能监控和预警。
【文档编号】G01S13/88GK104076357SQ201410323178
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】屈代明, 汪志冰, 戴宇, 何辉 申请人:武汉拓宝电子系统有限公司