三维穿墙目标成像雷达系统的制作方法

本发明涉及雷达成像领域，以冲激脉冲波为研究对象，提出了一种三维穿墙目标成像雷达系统。

背景技术：

冲激脉冲波是指频率在4～8GHz之间的电磁波，它能穿透一些可见光无法穿透的材料，对人体无损伤。目前已有的雷达成像系统也受到了广泛的关注，与调频连续波雷达相比，脉冲雷达发射的是连续波，可为目标检测提供能量，提高雷达发射功率，从而提高作用距离，抗干扰能力强，可选择较宽的脉冲宽度，分辨率也相对较高。

技术实现要素：

本发明采用的三维穿墙目标成像雷达系统能对场景和目标成像，具有获取目标信息的能力。三维穿墙成像雷达系统，是指发射电磁波信号并接收在其范围内的被观测物体所反射出回波的装置。发射频率在4～8GHz之间，该波段为厘米波，通过发射以及接收信号经相应的成像算法对其进行成像，最后在显示屏上显示的系统。目前的脉冲波雷达也受到了广泛的关注。透过可见光无法穿透的(例如墙壁等)观测生命体，且无盲区。与X射线成像不同，无电离特性，对人体无损害。所用脉冲为冲激脉冲，脉宽为纳秒级，分辨率较高。

本发明提出了一种穿墙雷达成像系统(系统总体结构图见说明书附图1)。该系统由软件以及硬件两部分组成，硬件部分包括冲激脉冲产生与控制单元、显示单元、FPGA脉冲信号控制处理单元、天线、切换器组成。天线分为发射天线和接收天线1、接收天线2、接收天线3，FPGA脉冲信号控制处理单元分别与冲激脉冲产生与控制单元、切换器、显示单元连接，接收天线1、接收天线2、接收天线3均与切换器相连，切换器与冲激脉冲产生与控制单元连接，冲激脉冲产生与控制单元通过脉冲功率放大器与发射天线相连，三维穿墙目标成像雷达系统放置于转台上。

冲激脉冲产生与控制单元用于脉冲雷达传感器的应用实现，回波信号接收后经其中的下变频器以及放大滤波后送入FPGA脉冲信号控制处理单元进行成像算法，显示单元用于信号经处理后图像的显示，FPGA脉冲信号控制处理单元用于控制接收天线的选取以及对信号进行成像的算法，转台用来带动平台作匀速运动，天线用于信号的发射及接收，切换器用于天线的选取。

软件部分包括主程序以及信号处理程序。主控程序用于天线的接收模式和控制FPGA脉冲信号控制处理单元发出指令控制采集卡采集信号并对其进行成像算法和图像校正来重构图像，再通过FPGA脉冲信号控制处理单元控制显示器对图像进行显示。

进入系统后，主控程序对各个模块进行初始化，然后设置参数，包括触发模式、采集速度、时钟源和天线的扫描方式。发射信号后，控制天线接收回波信号并采集，获取的信号送入FPGA脉冲信号控制处理单元进行算法成像。信号处理程序用于对采集到的信号进行模数转换，然后经过校正算法及距离、方位向压缩，得到复图像

由冲激脉冲产生与控制单元发射冲激脉冲，经过发射及接收后，所获得的信号较弱，通过放大滤波对回波信号进行处理，最终对信号进行采集；FPGA脉冲信号控制处理单元通过控制采集卡采集信号，同时控制显示单元成像。天线的切换接收以及天线在转台上的运动扫描方式，FPGA脉冲信号控制处理单元通过切换器控制天线的接收和转台的连续转动，天线与物体之间存在相对运动，类似于合成孔径雷达，从而达到成像的目的。

冲激脉冲产生与控制单元产生冲激脉冲，天线置于转动平台上，FPGA脉冲信号控制处理单元控制转台的转动，同时控制切换器来选取天线来接收生命体反射出来的回波。根据多普勒效应，物体辐射的波长因为波源和该被测的生命体在进行生命活动时所产生的细小运动之间存在相对运动而产生变化，导致接收到的回波有所差异。而该智能传感器只能实行一发一收，无法对被测物体进行成像。因此使用FPGA脉冲信号控制处理单元通过控制切换器选取接收天线，达到一发三收的效果，将其定位。获取得信号往往都比较弱，不易于采集，因此需要将信号通过下变频器降低频率，然后经放大滤波，由FPGA脉冲信号控制处理单元控制采集，最后经过信号处理、成像算法和校正处理，在显示器上显示出来。

附图说明

图1为三维穿墙目标成像雷达系统总体结构图。

图2为天线分布图。

图3为转台示意图。

图4为系统总体结构流程框图。

图5为主控程序流程框图。

图6为信号处理程序框图。

具体实施方式

本发明中，选取的冲激脉冲频率为6GHz，波长λ为0.05m，天线的发射功率为0.1W,天线摆放之间的距离3λ～5λ，防止天线之间出现耦合。发射天线与冲激脉冲产生与控制单元相连，接收天线以同轴电缆将其与切换器相连；FPGA脉冲信号控制处理单元连接切换器，控制3根接收天线回波的接收。同时，将冲激脉冲产生与控制单元的SPI脚通过导线与其连接在一起。

图1中，所选FPGA脉冲信号控制处理单元型号为ARTIS-7，该开发板是一款通用原型设计和测试的工具。功率放大器为放大到2W，切换器为SP3T，本实施所用芯片冲激脉冲产生与控制单元的型号为NVA6201(具体实现过程中类似的功能模块也适用，不局限于此芯片)，显示单元显示图像。利用同轴电缆连接天线和切换器。如图2所示，以黑色圆圈代表天线，天线两两之间的间距不应太小，此处选取4倍波长，即0.2m，防止天线之间互相干扰。图3则为转台视图，将三维穿墙目标雷达成像系统置于转台上，由转台带动其做匀速往复运动，运动的角度为120度。

天线的扫描方式

将天线的接收部分置于移动平台上，由转台带动其做匀速运动，天线上的角度小于5°，移动平台载着天线以与水平方向成60°的夹角及3m每秒的速度匀速往复运动。被测物体将发射的电磁波反射，天线接收回波。两根天线接收到的回波可构成两个圆，通过圆的交点可确定物体在某一平面的位置。加入第三根接收天线后，可将其定位在空间。获取到的信号通过放大滤波以及算法成像等一系列操作，最终得到图像，在显示器上显示。