毫米波雷达在地下矿井结构三维重建中的应用研究

毫米波雷达技术具有潜在的广泛应用前景,包括高精度三维地下地图制作、矿井安全性提升、勘探效率提高、无须开挖的地质信息获取以及自主导航与定位的潜力。然而,使用毫米波雷达技术也面临着多重挑战,如复杂地质条件下的性能限制、信号穿透性问题、数据处理与解释难题、成本与设备维护以及隐私和法规问题。为了克服这些挑战,提出了技术改进、数据处理工具开发、成本效益分析与资源管理、合规性和隐私保护等解决方法。最后,展望了毫米波雷达技术在地下矿井领域的未来发展前景,强调其在提高矿业行业效率和安全性方面的潜力。

基于神经网络的毫米波雷达血压测量和波形重建

血压是评估心血管系统健康状况的重要生理指标,定期进行血压监测有助于及早诊断和干预心血管疾病。相对于传统电子血压计测量方法,毫米波雷达具有非接触等优势,在未来具备一定应用前景。本文提出了一种基于神经网络的毫米波雷达血压测量方法,旨在通过无接触的方式实现精确的血压值测量和波形重建。首先,使用扩展的微分交叉相乘算法和平均值滤波对雷达信号进行预处理,以有效提取雷达回波中的相位信息并去除相位常数。接着,利用小波滤波去除信号中的高频噪声和基线漂移,以获得高质量的脉搏波信号。随后,本文通过构建一个具备编码器-解码器结构的两阶段递进式特征融合与映射网络,分别建立脉搏波到血压值和血压波形的映射关系,以实现准确的血压测量和波形重建。所提模型在第一阶段使用MultiResUNet作为主干网络,实现对脉搏波多尺度特征的提取和融合,同时在多分辨率模块之间引入自注意力机制以挖掘特征向量间的长距离依赖关系,从而准确地重建血压波形;在第二阶段,模型利用第一阶段训练的编码器自动提取脉搏波深层特征,然后借助卷积神经网络和长短期记忆网络实现进一步的特征融合与映射,从而估计收缩压和舒张压。最后,使用雷达生命体征数据集对所提方法进行验证,得到收缩压的测量误差为3.49±5.75 mmHg,舒张压为2.40±3.59 mmHg,两者的测量性能均达到英国高压协会标准的A级要求。同时,所提模型对血压波形的重建误差为3.33 mmHg,偏差率为3.74%,亦证明了该方法在血压波形重建上的有效性。

毫米波雷达信号功率电平测量

FMCW Chirp是毫米波雷达主要应用的调频技术。各个国家和地区的法规和标准均规定了FMCW Chirp信号的峰值和平均值功率电平限值。为了准确测量FMCW Chirp信号的功率电平,需要确定FMCW Chirp信号的时域特性,采用合适的测量仪器,并考虑测量仪器对FMCW Chirp信号的响应特性,同时进行合适的扫描参数设置,才能获得具有较小误差的测量结果。本文还给出了测量仪器设置的一般性指引。

基于低成本宽测角雷达改进的人员检测算法

在宽测角毫米波雷达的应用中,接收天线数量决定了测角及跟踪轨迹的精度,但在低成本宽角度应用中,增加接收通道的数量会成倍地增加成本。文中提出了一种基于目标行为预测及修正的改进算法,在入侵人员行走的特征中加入迭代的角度修正及点迹限制策略,实现了对入侵人员的跟踪检测轨迹的优化。通过多个场景的实验表明,与传统的跟踪算法相比,该优化算法检测的入侵人员轨迹散度降低了45%~55%。

基于毫米波雷达测控的桥梁状态评估与数值仿真分析

为研究悬臂施工的特大桥关键施工节点及结构的自动化监测技术,在悬臂施工桥段的沉降变形及受力阶段开展0#块雷达测控、施工节段沉降变形监测及整桥力学响应监测.将实际施工中受力和沉降变形的测控数据与仿真数据进行对比分析,通过两者的吻合度来判断施工过程中桥段的安全状态.借助数理统计方法,对比雷达测控数据与传统监测数据的精确性.研究结果表明:雷达测控可在全天候开展工作,并能够结合施工日志,对云图中典型波动进行分析;毫米波雷达测控0#块沉降变形值的拟合值为0.05144,优于传统监测手段的0.00632,与数值模拟曲线相关性更强;施工全周期内,整桥各节段受力及沉降变形的监测数据围绕理论值波动,且波动幅度较小,连续梁始终处于安全状态.

大型机械临近电力设施作业智能管控装置

为减少大型机械临近高压带电设备作业事故率,研究出一种新的大型机械临近电力设施作业智能管控装置。系统由中控装置、现场检测装置、系统通讯等软硬件系统组成。利用动态倾角传感器,实时测量吊臂倾斜角度和水平转动角度,有效测量吊臂长度和高度,进而采用毫米波雷达实现大型机械与电力设施的距离精确侦测,同时还可以预警大型机械发生倾斜侧翻的危险。实验结果表明装置测量结果精确,系统工作可靠,具有较高推广价值。

高精度微变形测量系统研究

针对微变形目标高精度测量的困难问题,本文提出了一种3mm高精度微变形测量系统。系统采用毫米波相控阵雷达,综合了毫米波和相控阵雷达的优点,可实现大范围、快速、高精度的检测。具体方案为发射采用相控阵技术,安放在被测区域正前方一定距离,通过控制各发射支路移相及幅度衰减,分区域照射需要测量的范围。接收采用多路宽波束接收,接收天线根据发射照射的区域选择对应接收支路工作。接收到被测目标反射回波后,通过干涉测量的原理计算相对位移,实现对微小变形物体相对位移的实时高精度测量。

ATR毫米波雷达目标特征信号自动测量系统

介绍了ＡＴＲ毫米波雷达目标特征信号自动测量系统，该系统为宽带高分辨全极化雷达系统，提供了三种测量方式和两种正交极化对．介绍了测量系统的管理和控制软件，并对测量系统的性能作了评估，还给出了部分测量结果．

3mm波段FMCW近程雷达的研究

介绍了三毫米波段 FMCW近程雷达作用距离的计算、雷达参数选择和测距精度的分析方法。并给出了所研制的 3mm波段

基于飞机观测资料的降水粒子反射率因子阈值分析

降水粒子对云的生消和演化有非常重要的影响。毫米波雷达适合观测非降水云和弱降水云。利用毫米波雷达数据判断云内降水粒子生成与否有很高的实用价值。本文利用飞机观测的云滴谱数据计算云的反射率因子。将其与雷达探测值进行比对,发现两者有较好的一致性。因此利用滴谱计算的降水粒子反射率因子阈值可以作为雷达判断降水粒子生成的指标。通过分析滴谱计算云滴和降水粒子的反射率因子的概率密度函数可以得到用于区分云滴和降水粒子的反射率因子阈值。通常,云滴的反射率因子不超过-5dBz,降水粒子的反射率因子高于-20dBz,-15^-12dBz可作为判断降水粒子出现的阈值。

毫米波与红外技术在军事领域中的应用

介绍了毫米波与红外技术在雷达、制导、红外探测、隐身、电子对抗和烟幕性能测试等方面的应用。

基于毫米波多基线InSAR的雷达测绘技术

机载毫米波InSAR具备不受光照限制、测绘幅宽大、测绘精度高的特点,近年来随着其技术的不断发展和完善,逐渐成为一种被广泛关注的测绘手段。在针对小型飞行平台的高精度毫米波InSAR系统设计中,InSAR基线构型、多基线配置、外部数字高程模型(DEM)参考及InSAR处理流程是系统设计的核心。该文分析了机载毫米波InSAR系统中基线参数对干涉高程测量的影响,提出基于一体化天线吊舱的毫米波多基线InSAR系统设计思路,在此基础上提出基于时域成像算法的毫米波多基线InSAR测高处理流程。最后,实测数据实验验证了该文给出的机载毫米波多基线InSAR系统及其干涉数据处理方法在大比例尺测绘任务中的可行性和有效性。

基于小波包的24GHz LFMCW雷达测距方法

信号在毫米波段的快速衰减是影响毫米波雷达测距范围的重要因素之一。为了增加基于线性调频连续波(linear frequency modulation continuous wave,LFMCW)技术的毫米波雷达的有效作用距离,采用小波包分析与快速傅里叶变换相结合的方法对雷达目标进行测距。给出了该方法的实现步骤,并在1GHz带宽的24GHz LFMCW雷达实验平台上验证了该方法的有效性。实验结果表明,与经典的差拍-傅里叶测距方法相比,本文方法可以将实验雷达的有效作用范围从1～30m扩大至1～60m。

雷达目标特性的毫米波紧缩场测量方法

紧缩场暗室测量系统是获取雷达目标特征信号的重要技术手段,是复杂的系统工程,设计、施工、测试和应用难度大。本文主要分析了测量频段、静区质量、背景噪声电平、灵敏度和动态范围等指标与反射面类型选择、总体尺寸设计、制造安装精度的约束关系,以及与电磁波收发与测量设备的测量频率与带宽、灵敏度与动态范围、设备选型与集成的约束关系,建立了定性/定量分析模型,为该类系统的设计、选型与应用提供技术指导。

宽带毫米波目标特征信号自动测量与建库研究

首先介绍了宽带毫米波特征信号自动测量系统的组成,阐述了宽带测量中需考虑的一些基本问题,开发了宽带毫米波特征信号自动测量系统管理、控制和建库软件,进行了背景和目标的测量实验,并给出了部分测量结果。

植保无人机毫米波雷达测高原理分析及仿真

植保无人机平台测高技术有着广泛的需求,而调频连续波(FMCW)毫米波雷达设备在自动驾驶领域已经逐渐普及,因此,把FMCW毫米波雷达测高技术推广到植保无人机测高领域具有重要意义。基于植保无人机平台分析FMCW毫米波雷达测高原理和系统设计,证明了FMCW毫米波雷达可以用于植保无人机。提出基于地表建模的测高雷达回波仿真方法,可用于进行不同地形情况下的FMCW毫米波测高雷达性能分析和算法研究,实验分析了模拟回波的高度信息,证明该方法能满足植保无人机测高需求。

基于毫米波LFMCW雷达散射计的地杂波测量方法

研究毫米波雷达的地杂波特性对提高毫米波雷达的目标探测性能和大地遥感具有重要的作用。针对毫米波雷达地杂波测量问题,讨论了地杂波散射系数测量方法,对毫米波线性调频连续波(linear frequency modula-tion continuous wave,LFMCW)雷达散射计的系统校准、有效独立采样数、数据处理中软件门的应用以及减少测量误差等相关技术进行了研究;给出了Ka波段散射计测量灌木丛杂波特性的结果,结果表明在入射角小于15°范围内灌木丛的杂波幅度分布服从瑞利分布。

时频分析在变加速运动目标速度测量的应用

针对多普勒频率非线性连续变化的变加速运动目标,提出了基于短时傅立叶变换和魏格纳-维尔分布的速度测量方法,并根据其数学原理,利用毫米波测速雷达设计了运动目标的速度测量方案。信号仿真表明,低频段W igner-V ille法更能够反映目标的微小速度变化,高频段STFT时频处理精度更高且测速精度能达到0.5%。实验采集数据处理进一步验证:这两种时频分析方法都能够用于高速且变加速运动目标的速度信号分析处理。

伪随机编码调相8mm连续波雷达

为测量低空飞行目标,研制了伪随机码调相(PN-BPSK)8 mm连续波雷达。其信号模糊函数在二维(τ,ωd)平面内逼近冲击函数,有利于减小海杂波干扰和提高对目标的分辨率。目标回波信号接收,采用最大似然估值技术的雷达接收机,在正交开环的近似最大似然估值器中同时完成时延、多普勒频率估值,这种方法保证接收机能够跟踪高动态目标。通过对雷达进行模拟检测和现场试验表明,可以在信号电平有20 dB波动的条件下,实现对海面背景下高动态低信噪比,低空飞行目标的稳定跟踪测量。

基于坐标平面旋转的比幅测角方法

雷达信号处理主要目的是实现对目标角度的跟踪,伺服系统根据角误差驱动并调整天线方向,因此角误差的计算直接决定了跟踪速度。本文提出了一种基于坐标平面旋转的比幅测角方法,在误差允许的范围内,进行多次坐标旋转简化运算同时给出角误差符号位,经流水级除法器计算,在200M工作频率下所提方法的整个测角过程仅需105 ns即可得到角误差结果。在SMIC 0.13μm CMOS工艺下对两种方法设计电路进行流片测试,结果表明所提方法与基于求模算法的比幅测角方法相比,降低功耗62%,面积减少27.5%,性能表现更优,验证了该方法的有效性。