蒋小兰

摘要：现阶段，线性调频技术所制成的产品大多数被应用到车载雷达当中，而无法在安防监控系统中得到直接应用。为了优化视频安防技术，使其能够在特定环境中充分发挥作用，符合市场与用户的各项需求，需要在线性调频技术的基础上，对主动式安防雷达进行设计和研究。基于此，本文将对线性调频雷达的特点进行分析，并对安防雷达系统进行设计与检验，使其能够充分符合当前的安防需求。

【关键词】线性调频技术 主动式 安防雷达设计

目前，在主动安防领域中，最为重要的子系统为红外安防与视频安防，但是如若遇到雾霾、雨、雪、沙尘等情况，则可靠性将极大的降低。对此，需要将连续波雷达应用其中，采用线性调频连续波雷达的方式，对静态或者动态的目标进行短距离的精准测量。本文将LFMCW技术应用其中，对主动式安防雷达进行设计与分析。

1 线性调频连续波雷达的特点

在连续波雷达当中，线性调频雷达属于其中十分重要的组成部分，在国防与民用领域得到广泛应用，其主要特点体现在以下几个方面：

1.1 不存在距离盲区

由于线性调频雷达的波形与目标回波相比来看，在时宽方面一定的时延，并且雷达接收机与发射机的工作时间相同，因此在距离上没有盲区。

1.2 较强的灵敏性

线性连续波雷达的时宽带较大，在反应方面十分灵敏，与噪声带宽之间存在线性联系，使其能够在杂波背景下，仍然保持较高的灵敏度。同时，由此此种类型的雷达具有较低的发射功率，因此在特定的条件和距离之下，与单脉冲雷达相比来看，具有较强的抗截获性。

1.3 信号能量较大

根据雷达理论能够看出，在信号噪声状况下，雷达的能量将对其自身的探测力产生较大影响，甚至能够对其起到决定性作用。由于线性雷达的时带宽积较高，使其在处理增益方面较大，进而使信号能力也得到了显著的提升。由此可见，连续波雷达将在特定的条件与距离下，使工作电压得到有效的降低。

2 主动式安防雷达系统设计

2.1 系统构成

根据安防雷达运行原理，设计出相应的安防雷达系统，该系统主要由数字信号处理模块、中频信号处理模块构成，其中，中频信号处理模块的功能十分丰富，并且已经相对较为完善，能够以定制的方式投入到应用当中。而数字处理模块中的功能由于涉及到的领域众多而存在较大的区别，特别是目前无线电技术迅猛发展，使该模块的功能与内容方面均产生了一定的影响。天线主要是由接收与发射两个部分，主要作用是针对射频信号进行接收与发射，在射频通道中，将中频发射信号中的上变频转变为信号的中频或者下频中，通过信号处理系统完成对FFT、MTI、GFAR、杂波图等功能，从而将雷达回波中所显示出的画面进行优化，该模块也因此成为了雷达系统中的关键部分。本文通过TMS320 DSP平台与C语言技术进行研究。

2.2 系统应用

在实际应用过程中，雷达现场中存有一定面积的静态目标，为了对动态目标进行精准的检测，应利用雷达回波信号的方式，将动态目标从中分离出来。在本文设计的系统中，使用MTI滤波器的方式实现数字滤波，达到将静态滤波去除的目的。

在经过数字滤波处理以后，在原有的雷达信号中仍然存在少数静态杂波的残留，同时还存在一些系统噪声、地面反射杂波等。在对动态目标进行检测的过程中，应将所有杂乱的背景回波彻底去除，以此来提升雷达系统使用的可靠性与有效性。对于不同的应用场景来说，背景杂波的类型也不尽相同，通常情况下，利用无监督学习法便能够主动获取到检测现场中的背景杂波。当背景杂波被学习完后，利用背差法使杂波中的频谱消除，然后对频谱的最大峰值与相应的相位差进行搜索，便能够获取到所要检测的动态目标以及相应的角度信息。

3 主动式安防雷达系统实验

对本文设计的系统功能进行验证时.通过建立动态目标测量系统的方式来完成，在实验过程中以人为测量对象，并且在道路的两侧设置了草地、楼房与树木等多种类型的目标。在本次实验中共计划分为两组进行：第一组的主要目标在于对固定距离、固定角度的行人进行测量；第二组的主要目标在于对不固定距离、不固定角度的行人进行测量。通过对第一组实验数据进行统计和分析后得知，雷达距离分辨率为0.8m、角度的分辨率为1.7°；通过第二组的实验数据分析可知，由于行人在雷达现场中采用迂回行走的方式，在系统对其进行跟踪测量以后，发现距离分辨率为3-73m范围内。另外，还能够说明在雷达检测的过程中，行人在运动的速度方面不具有稳定性、起伏较大，这主要是由于人们在行走的过程中，身体上的各个部分均处于不同速度的运动中，当出现加速度时，身体各个部位的反应程度不同，进而导致运动速度波动较大。

本文在对设计系统的有效性进行检测以后，将检测结果与国内外相关雷达产品的技术指标进行对比分析，对比的对象分别为houston-rader公司与changxiangelee公司，在类型的选择上，前者为PD300，后者为CXELFMCW Radar；本文使用的类型为主动式安防雷达，对比的内容分别为频段、测量距离、角度与速度，对比结果为：PD300雷达的频段为24GHz、测量距离为37m；角度为“NO”、速度为“NO”；CXEL FMCW Radar雷达的频段为77GHz、测量距离为60m；角度为“Yes”、速度为“Yes”；主动式安防雷达的频段为24GHz、测量距离为77m；角度为角度为“Yes”、速度为“Yes”；从上述对比分析中可知，本文所设计的雷达在综合测量指标方面更具优势。

4 结论

综上所述，为了更加充分的满足安防领域中的现实需求，本文在线性调频技术的基础上，设计了主动式安防雷达系统。为了对系统中的功能进行优化和完善，将动态目标检测、背景杂波去除、学习等技术应用其中，实现对单一目标距离、速度、位置等多个方面精准测量。同时，将该系统的综合测量指标与国外两种进行对比分析，发现本文设计的系统在测量距离、频段、角度与速度等方面具有更加显著的优势。

参考文献

[1]万星阳.基于场面监控安防雷达可视化终端软件的设计与实现[D]，电子科技大学，2015.

[2]姜行果，基于DDS的线性调频雷达波形发生器的设计与实現[D].中国科学院研究生院（电子学研究所），2016.