面向钻孔救援的UWB雷达探测技术研究进展

钻孔救援技术在我国已有多起成功救援的案例,但目前用于钻孔救援的探测设备不能满足穿透探测需求,无法利用终孔打偏或造成坍塌的钻孔。UWB雷达具有穿透能力强、抗干扰能力强等诸多特性,可很好地适应灾后矿井环境,实现对障碍物后方的穿透探测。为此,通过文献调研,从UWB雷达定位技术和UWB雷达成像技术两方面总结梳理了基于钻孔救援的UWB雷达探测技术的研究进展。总结出当前UWB雷达定位技术和成像技术在探测方式与装备、探测技术与理论以及回波信息处理技术与算法三方面存在的主要缺陷。针对性地提出了未来研究工作的重点:①研发基于钻孔救援的UWB雷达标识卡定位技术与装备;②结合距离选通技术、改进信息处理程序及CT领域算法研发、优化数据处理技术与算法;③通过雷达阵列分布、ICA算法、改进随机共振算法及融合主流技术构建生命信息识别系统。

UWB雷达在矿山钻孔救援中的应用研究

超宽带(UWB)雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测,但UWB电磁波易受灾变矿井复杂环境影响,UWB雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响,导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。针对上述问题,介绍了基于UWB雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理,分析了UWB电磁波特性研究现状和UWB回波噪声滤除方法研究现状。总结了存在的问题:①UWB电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。②背景杂波产生原因尚未明晰,灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。③面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术仍需改进。针对现有技术的不足,展望了面向钻孔救援的UWB雷达井下人体目标探测技术的发展趋势:①深入研究UWB电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。②构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。③深入优化面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术。

面向钻孔救援的UWB雷达回波信息处理关键问题研究进展

钻孔救援技术作为一种生命通道快速构建的新型救援技术已得到广泛应用。UWB雷达可基于钻孔实现非视条件下的人员生命信息探测,但UWB雷达回波易受井下环境噪声、背景杂波和探测目标运动状态影响,难以从中获得有效的被困人员生命信息。对基于钻孔救援的UWB雷达回波信息处理研究现状进行归纳总结:从杂波滤除方法、算法和模型3个方面对杂波的滤除现状进行梳理总结;从时域/频域分析方法、时频分析方法、数字处理技术和其他处理方式4个方面对有效特征提取的研究现状进行归纳;得出当前在钻孔救援中UWB雷达回波信息处理存在的主要问题:杂波滤除技术和滤除种类比较单一且缺乏滤波后信息验证、缺乏多类型的微多普勒特征提取、矿井灾害环境下UWB雷达回波信息处理研究较少、现有信息处理设备不能满足矿山钻孔救援需求。提出UWB雷达回波信息处理在钻孔救援中的发展趋势:(1)结合时频分析方法和多域处理进行杂波滤除研究;(2)利用神经网络模型研究基于钻孔救援的UWB雷达回波成分,并与地面环境对比;(3)运用ICA算法提取多种微多普勒特征,利用同步挤压短时傅里叶变换提取运动特征,基于互相关的联合多距离门信号的体征提取算法加强心跳信号提取;(4)研发融合多领域技术设备满足钻孔救援需求,扩充井下回波数据训练集,建立深度自学习的有效特征数据库。

融合全局与局部特征的UWB雷达人体动作识别算法

为了消除雷达信号中杂波和噪声对人体动作识别的干扰,提高小样本数据下动作识别的精度,在去除杂波及噪声干扰的基础上,提出一种融合全局与局部特征的超宽带(ultra-wideband,UWB)雷达人体动作识别算法。用动目标指示(moving target indication,MTI)结合自适应中值滤波对雷达原始回波信号进行预处理,再对人体动作的雷达二维特征图像利用主成分分析(principal component analysis,PCA)提取主要分量作为全局特征表征,并用二维离散小波变换(2D discrete wavelet transform,2D-DWT)结合奇异值分解(singular value decomposition,SVD)获取特征图像在不同方向与尺度划分下动作的局部特征表征,并将全局与局部特征进行串联融合;根据融合特征,在网格搜索算法(grid search,GS)优化的支持向量机(support vector machines,SVM)模型中实现人体动作的识别分类。实验结果表明,该算法能有效获取雷达信号中的人体动作信息,平均识别准确率为95.63%,具有良好的识别性能。

基于钻孔救援的UWB雷达波传输衰减研究及展望

快速精准地获取井下受灾人员位置是钻孔救援前期生命信息探测的关键问题。针对在垂直钻孔救援过程中,由于探测区域巷道坍塌或终孔位置偏移,无法快速准确地获取被困人员位置,耽误救援的黄金时间,影响人员生命安全的问题,通过开展UWB雷达波传输衰减研究,为现场救援指挥人员快速制定救援方案。分析了UWB雷达波应用于矿山钻孔救援的现状和需求,并结合矿山钻孔救援背景,指出UWB雷达波传输衰减规律,从介质的各向同异性分析了介质的特性参数对雷达波传输衰减的影响;从介电常数、电导率、磁导率和时空变化4个方面分析了介质的电性参数对雷达波传输衰减的影响;从雷达频率和极化2个方面分析了雷达特征参数对雷达波传输衰减的影响。根据上述分析,指出目前对UWB雷达波同时穿透煤岩体等各向异性介质的研究和介质传播衰减机理研究较少;在井下复杂多变或模拟受灾后环境的UWB雷达波传输衰减理论与实验较少,相关规律总结较少;UWB雷达波关键参数与影响因素之间的映射关系数据库尚未完善。并给出未来需研究的关键技术:(1)对煤岩体等各向异性介质在宏观与微观上进行研究;(2)搭建灾变环境条件下雷达波传输衰减实验模拟系统;(3)增加灾变后非结构环境下UWB雷达信号传播特性的研究与信道建模数值模拟。

UWB雷达杂波物理建模与仿真分析

利用子带合成和物理平板模型,将超宽带(UWB)雷达分别在不同地貌(植被或裸地)和中心频率条件下进行地杂波建模、仿真、杂波统计分布拟合及其分析。通过获得的杂波仿真数据拟合出地杂波的统计模型,分析发现:UWB雷达地杂波随着地貌或中心频率的变化,杂波并不服从同种统计分布;但统计分布具有"低重心和重拖尾"的共性,且随着相对带宽的增加,拖尾加重。仿真结果与UWB雷达杂波定性分析的规律基本符合。

基于取样平均的UWB雷达时域去噪原理及仿真

分析了取样平均器在无载波超宽带运动目标检测雷达中的应用原理 ,对一种取样平均器的工作过程作了推导 ,建立了取样平均器的数学模型 ,并进行了仿真。结果表明

UWB雷达生命探测仪系统设计与试验

利用超宽带雷达所具有的潜在特性,对超宽带冲击雷达在救援行动中对生命特征信号的非触式监测进行理论分析和实验研究。设计超宽带雷达系统;介绍超宽带雷达非接触式生命特征信号监测的基本原理和信号处理方法。室内直射测试和穿墙遮挡测试结果表明,设计的试验样机在各个测试环境下基本上能够检测到人体模型,性能指标基本达到要求。

UWB雷达专用微功率直流高压电源的设计

主要设计一种UWB雷达专用微功率直流高压发生器。利用功率三极管和PWM控制器组成的升压电路,通过调节占空比,调节输出电压稳定在设定值。升压电路利用三极管组成串联稳压电路,稳定输出高压,实现直流低电压输入稳定高电压输出。

UWB雷达反隐形机理及其电磁脉冲发生技术研究

本文对UWB雷达进行了简要介绍,从频域和时域阐述了其反隐形的机理,并对UWB雷达的极窄时域尖峰电磁脉冲发射技术进行了论述,列举了可行的技术方法。

日本开发出近距离车载UWB雷达

日本古河电气工业株式会礼开发出26GHz频带的车载UWB（超宽带）雷达．可用于检测车辆近距离障碍物的驾驶辅助系统和安全系统中。

面向矿山救援的UWB雷达生命信息识别研究现状与展望

超宽带(UWB)雷达可穿透煤岩等非磁性介质,实现坍塌物后人员生命信息探测。因矿井环境复杂,加载生命体征信号的UWB雷达探测回波易被环境噪声、杂波信号干扰,且人体目标信息识别困难。介绍了UWB雷达生命探测系统原理及其在矿山救援中的应用。从UWB雷达生命信息提取、动静态人体目标识别和生命体量化3个方面,对UWB雷达生命信息识别研究现状进行了归纳。指出目前UWB雷达生命探测技术在矿山救援领域应用存在的问题:①针对井下坍塌环境中非平稳信号与环境噪声等的滤除方法研究较少。②针对运动(或微动)目标姿势、行为、生命状态等信息的提取与表征方法有待改进,人体生命信息识别模型尚未完善且模型间特征关联性较低。③针对多目标产生的“混叠”问题缺乏解决方案。对面向矿山救援的UWB雷达生命信息识别研究方向作出展望:①不断优化多类矿山灾变环境的噪声与杂波自适应滤除方法。②构建适用于矿山救援领域的人体生命信息识别模型。③进一步提高对矿井遮蔽物后多目标的量化能力。④深入探究UWB雷达最佳探测频段确定方法。

一种超宽带雷达LFM信号数字产生器校正方法

UWB雷达LFM信号源的设计是UWB雷达系统设计的关键技术之一,其信号质量直接影响UWB雷达的整体探测性能。针对基于DDWS方法的“I/Q基带数字产生+正交调制+倍频”方式的UWB-LFM信号产生器,从频域角度建立误差信号的数学模型;分析系统误差提取和补偿的可行性,并提出一种针对系统误差的数字预失真校正方法。该方法将系统失真的补偿函数特性等效到系统数字输入端,通过改变波形存储器中的样点数据实现系统失真的校正和补偿。仿真结果表明该方法可以显著改善UWB雷达LFM信号的质量,验证了该方法的可行性、正确性和有效性。

UWB冲激雷达全固态高重频脉冲源设计

超宽带（UWB）冲激雷达中脉冲源的峰值功率和重复频率是其主要指标，通常，气体开关源和油开关源拥有很高的峰值功率，但其稳定度指标很差，最大重频较低；全固态源拥有很好的稳定度指标和较高的重频，但其峰值功率较低。前期工作中利用相干合成技术对提高雪崩管全固态源脉冲源峰值功率进行了研究。在此基础上，本文利用相干合成技术对进一步提高雪崩管固态脉冲源的重频进行了研究，指出了脉冲源单元的高稳定度是合成的基础，分析了电路合成与空间合成两种相干合成的方式。最后，根据需要研制出了32单元的4路电路合成和8路空间合成的脉冲源，峰值功率0．2MW，重频可达300kHz，其脉宽抖动与峰值抖动均小于1％，峰值功率合成效率可达90％-95％．

实时嵌入式操作系统uC/OS-II在UWB手持穿墙雷达上的应用

介绍了嵌入式实时操作系统uC/OS-II的特点和内核结构,并结合UWB手持穿墙雷达的功能需求,简单讨论了在嵌入式处理器S3C2410A上移植的可能性,解决了移植中的各种问题,最后通过多任务应用程序验证了移植的成功。

基于慢时间分割的超宽带雷达步态识别

为了解决室内监控时摄像头的隐私泄露问题和可穿戴设备的侵入性等问题,同时针对传统雷达步态识别算法中的行走条件限制问题,提出基于超宽带(UWB)雷达的自由空间步态识别算法.算法沿慢时间轴对目标行走动作产生的雷达步态信号进行分割产生一系列子信号;对于每个子信号,在距离单元上分别进行傅里叶变换得到距离-多普勒图像,这些距离-多普勒图像前后之间存在时序关系;利用方向梯度直方图算法对属于同一个步态信号的一组距离-多普勒图像进行特征提取,采用长短期记忆网络对得到的特征进行时序建模以获取目标身份分类结果.实验在空旷的室内环境中进行,对四人的步态分类准确率为79.10%.结果表明所提出的算法对自由空间中不同个体的步态具有一定的区分能力.

基于参数化双谱分析的超宽带生物雷达人体目标非接触检测

超宽带(Ultra Wideband,UWB)生物雷达广泛应用于生命体探测等领域,而人体生命体征信息的非接触检测是其需要解决的最主要问题。本文利用参数化双谱估计算法分析UWB生物雷达回波信号,以非高斯白噪声激励的AR(Auto Regression)参数模型对信号进行建模,并用带约束的三阶平均法对模型的参数进行估计。在此基础上,提出了一种新的基于UWB的人体目标非接触检测算法,并将该算法与现行的基于功率谱密度的检测算法进行对比。实验结果表明,有人位置点信号和无人位置点信号在双谱域表现出明显的差别特性,新算法能更好地实现人体目标的非接触检测。

基于时域双谱估计的超宽带雷达目标特性分析

本文利用UWB雷达目标冲击响应局部分量,针对复杂目标,提出了一种时域双谱估计算法,能准确地估计出目标的散射中心分布。根据上述算法利用自行研制的冲激雷达实验系统对缩比飞机模型的实测数据作了分析,结果表明了算法的有效性。

基于呼吸样本空间的超宽带雷达身份识别

为了解决传统雷达呼吸身份识别依赖人工预定义特征的问题,提出了一种基于呼吸样本空间(BSS)的超宽带(UWB)雷达身份识别算法。算法首先通过奇异值分解(SVD)对UWB雷达人体呼吸回波中杂波进行滤除,然后根据回波将目标跨距离单元的呼吸信号构建为包含时距信息的BSS序列,最后利用卷积神经网络(CNN)对BSS进行建模以获取目标分类结果。在室内场景实验中,对4人的身份识别准确率为84.64%。对比结果表明,所提出的算法对不同个体所具有的独特呼吸特征具有不错的区分能力。

基于EMD和BP神经网络的雷达体征信号检测算法

随着城市生活中医疗、治安、反恐等方面的需求日益突出,非接触式雷达生命体征检测逐渐得到各方面的关注.文章提出一种基于EMD和神经网络的雷达生命体征信号检测算法.由于UWB雷达回波信号的非平稳非线性特性,利用EMD的空间时间尺度特性对信号进行分解,得到一系列的本征模态函数IMF,然后通过结合了免疫遗传算法IGA的BP神经网络对信号进行优化,获得心跳和呼吸信号.结果表明,文章提出的算法比直接用EMD分解重构的信号的准确性高,弥补了EMD分解的端点效应问题,具有广阔的应用前景和研究价值.