一种基于漏泄同轴电缆传感器的多目标定位系统的制作方法

本发明涉及安防警戒领域，特别是涉及一种基于漏泄同轴电缆传感器的多目标定位系统。

背景技术：

现代入侵探测系统对有效作用距离、距离分辨力、测量精度以及电子对抗多方面提出了越来越高的要求。大多数基于漏泄同轴电缆传感器的入侵探测系统定位精度低，且鲜有对多目标定位的研究。使用chirp信号进行目标探测时，可通过脉冲压缩可处理携带多目标位置信息的回波信号；脉冲压缩不仅可以提高入侵探测系统的分辨率和探测能力，还能提高抗干扰能力和灵活性。

针对基于漏泄同轴电缆传感器的入侵探测系统定位精度低，且无多目标入侵定位技术研究成果的公开报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于漏泄同轴电缆传感器的多目标定位系统，以便能够减小距离分辨力、增大探测作用距离、提高探测精度，实现多目标定位。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于漏泄同轴电缆传感器的多目标定位系统，其特征是：至少包括：

一发射漏缆、一接收漏缆，一向发射漏缆端口发送信号的发射机和一与接收漏缆端口连接用于接收接收漏缆信号的接收机；所述的发射漏缆和接收漏缆长度相同，分别包括有发射漏缆槽孔缝隙和接收漏缆槽孔缝隙；所述的发射漏缆和接收漏缆采用平行敷设，发射漏缆槽孔缝隙和接收漏缆槽孔缝隙正对；所述发射机产生chirp脉冲信号分成两路，一路作为探测信号进入发射漏缆，另一路作为参考信号进入接收机；所述的发射机发射chirp脉冲调制信号，chirp脉冲调制信号脉冲表达式为：

接收机通过接收漏缆接收回波信号,回波信号经低噪声放大后由模数转换器将模拟信号转动成数字信号,数字信号通过数字低通滤波去除含有大量高频率干扰，然后与参考信号进行同步相减,在经过时域数字脉冲压缩处理,最后引入窗函数优化，获取多目标识别及定位,

其中a表示chirp信号的幅值，tr表示脉冲宽度，rect函数是矩形函数，k＝b/tr，其中b表示信号带宽，且b＝fb-fa，fb、fa分别表示chirp脉冲信号的终止频率和起始频率。

所述的低通滤波采用vhf频段的低通滤波电路，接收机通过接收漏缆接收的回波信号含有大量高频率干扰，通过低通滤波可去除含有大量高频率干扰，便于时域数字脉冲压缩处理。

所述的时域数字脉冲压缩处理是将接收漏缆接收到的回波信号sr(n)与单位脉冲响应h(n)进行时域线性卷积运算，当chirp信号st(n)发射出去遇到目标并返回，其回波信号sr(n)与st(n)对应着一定的距离，sr(n)通过匹配滤波器后，输出信号x0(n)，通过时域数字脉冲压缩处理得到发射漏缆和接收漏缆之间通过目标位置信息。

所述的匹配滤波器单位脉冲响应h(n)为chirp脉冲信号s(n)的镜像再取共轭，即:

h(n)＝s^*(n-n-1)

所述的匹配滤波器的输出信号s0(n)为回波脉冲数字信号s(n)和单位脉冲响应h(n)的卷积，即：

其中，s(n)表示回波脉冲数字信号，h(n)表示单位脉冲响应序列，s(k)表示第k个回波脉冲数字信号采样值，h(n-k)表示s(k)延时k个采样值时间的共轭值。

本发明的工作原理及优点是：通过vhf频段的漏缆传感器辐射特性分析传感器场分布，然后利用信号源向发射缆输入chirp信号，当目标进入漏缆传感器的探测范围时，对回波信号进行对比、相减滤波，以及脉冲压缩处理，辅以窗函数优化峰值特性，可分辨多目标并提取入侵位置信息，实现基于漏泄同轴电缆的多目标定位。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图说明

图1本发明结构原理示意图；

图2chirp脉冲信号及多目标回波信号；

图3a是多目标实验场景；

图3b是相减滤波处理信号；

图4a是五种位置组合脉冲压缩结果示意图；

图4b是20m-30m的处理结果示意图。

图中,1、发射漏缆；2、接收漏缆；3、发射机；4、接收机；5、发射漏缆槽孔缝隙；6、接收漏缆槽孔缝隙。

具体实施方式

如图1所示，一种基于漏泄同轴电缆传感器的多目标定位系统，其特征是：至少包括：

一发射漏缆1、一接收漏缆2，一向发射漏缆1端口发送信号的发射机3和一与接收漏缆2端口连接用于接收接收漏缆2信号的接收机4；所述的发射漏缆1和接收漏缆2长度相同，分别包括有发射漏缆槽孔缝隙5和接收漏缆槽孔缝隙6；所述的发射漏缆1和接收漏缆2采用平行敷设，发射漏缆槽孔缝隙5和接收漏缆槽孔缝隙6正对；所述发射机3产生chirp脉冲信号分成两路，一路作为探测信号进入发射漏缆1，另一路作为参考信号进入接收机4；所述的发射机3发射chirp脉冲调制信号，chirp脉冲调制信号脉冲表达式为：

其中a表示chirp信号的幅值，tr表示脉冲宽度，rect函数是矩形函数，k＝b/tr，其中b表示信号带宽，且b＝fb-fa，fb、fa分别表示chirp脉冲信号的终止频率和起始频率。

接收机4通过接收漏缆2接收的回波信号,回波信号经低噪声放大后由模数转换器将模拟信号转动成数字信号,数字信号通过数字低通滤波去除含有大量高频率干扰，然后与参考信号进行同步相减,在经过时域数字脉冲压缩处理,最后引入窗函数优化，获取多目标识别及定位。

所述的低通滤波采用vhf频段的低通滤波电路，接收机4通过接收漏缆2接收的回波信号含有大量高频率干扰，通过低通滤波可去除含有大量高频率干扰，便于时域数字脉冲压缩处理。

所述的时域数字脉冲压缩处理是将接收漏缆2接收到的回波信号sr(n)与单位脉冲响应h(n)进行时域线性卷积运算，当chirp信号st(n)发射出去遇到目标并返回，其回波信号sr(n)与st(n)对应着一定的距离，sr(n)通过匹配滤波器后，输出信号x0(n)，通过时域数字脉冲压缩处理得到发射漏缆1和接收漏缆2之间通过目标位置信息。

所述的匹配滤波器单位脉冲响应h(n)为chirp脉冲信号s(n)的镜像再取共轭，即:

h(n)＝s^*(n-n-1)

所述的匹配滤波器的输出信号s0(n)为回波脉冲数字信号s(n)和单位脉冲响应h(n)的卷积，即：

本发明发射机3发射chirp脉冲调制信号如图2所示，脉冲周期tr＝10us，脉冲宽度tr＝100ns，起始频率fa＝80mhz，终止频率fb＝120mhz,频偏b＝fb-fa＝40mhz；τ1和τ2是通过两个目标后的回波信号时延。

如图3a所示，当发射漏缆1和接收漏缆2采用平行敷设，发射漏缆1和接收漏缆2对应的发射漏缆槽孔缝隙5和接收漏缆槽孔缝隙6正对，在发射漏缆1和接收漏缆2有第一目标和第二目标，第一目标和第二目标在轴向距离上稍有差别，与发射机之间不存在相对运动和多普勒频移。分别进行了10m-30m，10m-50m，10m-70m，10m-90m和20m-30m五组位置组合的实验。对回波信号进行信号相减、滤波处理，得到图3b所示结果。可以看出接收信号中存在两个目标回波信号。在20m-30m情况下，两个目标的回波信号产生混叠，探测距离分辨力弱。

脉冲压缩可以提高探测距离分辨力。根据雷达原理，未进行脉冲压缩前，基于漏缆的入侵探测系统的距离分辨力为c·tr＝13.3m,由于信号主要在漏缆中传输，所以信号速度电磁波在自由空间中的传播速度c0＝3.0e8，经过脉冲压缩后距离分辨力可达c/2·b＝3.32m。对五组回波信号进行脉冲压缩处理后，可以从峰值识别两个目标，如图4a所示。在20m-30m情形下，通过引入凯撒窗(kaiserwindow)对脉冲压缩后的信号进一步改善，可以看出两个目标的峰值清晰可辨，如图4b所示。

通过发射信号和回波信号的延迟时间来计算目标和发射机之间的距离。表1是利用本发明对多目标位置的详细信息。

表1多目标位置信息的实验值与计算值

根据实验位置和计算获得的位置信息的差值，可以看出，100m的探测范围内，由于本发明缩小了距离分辨力，使得基于漏缆传感器的入侵探测系统可以实现多目标定位，定位精度在0.8m以内。因此，对携带多目标信息的回波信号进行脉冲压缩，并引入窗函数优化其峰值特性，是多目标识别及定位的有效方法。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。