專利名稱：基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生命探測的技術，特別是一種基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置。
背景技術：
民用生命探測器主要探測墻體、廢墟或障礙物后處于靜止或微動狀態(tài)的人員。這 是一種新型的探測設備，其主要應用于以下場合當有人質(zhì)和綁匪共處于一個房間里 時，需要知道嫌疑犯和人質(zhì)在房間里的位置，并將他們區(qū)分開來，便于實施人質(zhì)援救; 當有狙擊手隱蔽在建筑物內(nèi)，警察要強攻建筑物時，需要確定狙擊手的位置，以免人 員傷亡；當發(fā)生地震災害時，人員被掩埋在廢墟下面，這時需要盡快尋找到被埋在廢 墟下面仍然活著的人員；當用于軍事偵察時，希望知道前方掩體下敵方人員的布置情 況。因此，生命探測器可在反恐、地質(zhì)災害人員救護等領域發(fā)揮重要作用。在探測現(xiàn) 場，除了墻體、廢墟和其它障礙物引起的強雜波干擾外，還不可避免地存在人員走動、 風吹草動等干擾，因此生命探測器必須具備一定的抗干擾能力。
專利申請?zhí)枮?5191869.9 、發(fā)明名稱為《探測活物體的方法和裝置》的中國專 利，是用于感測活人體的方法和裝置，由電磁波發(fā)射模塊和接收機構成。通過對接收 機中生命機能信號的檢測發(fā)現(xiàn)被埋的人，監(jiān)測者由此區(qū)分活人與死人，適用于監(jiān)視建 筑物內(nèi)的人或者用于感測病人的生命機能。但該專利容易受到外界環(huán)境干擾，且無法 確定人員與探測器的距離。
專利申請?zhí)枮?0226272.乂 、發(fā)明名稱為《雷達手電筒》的中國專利，是一種手 電筒式雷達，在手電筒外殼的前端設有一個發(fā)射與接收天線，外殼里里設有一個微波 發(fā)射電路和接收識別電路，它利用雷達探測的原理、并通過被探物與手電筒之間的相 對移動找到目標。該專利用于目標尋找，但不能探測處于相對靜止狀態(tài)的人員，且不 具備穿透障礙物的能力。
專利申請?zhí)枮?2224624^、發(fā)明名稱為《雷達非接觸式生命參數(shù)探測裝置》的中 國專利，是一種非接觸式生命探測雷達，由多級濾波器、放大電路、解調(diào)電路等構成， 它對雷達輸出的掃頻和點頻信號進行處理，提取出活的人體的呼吸和心跳體動信號，
4可用于尋找廢墟下或障礙物后的活人、非接觸監(jiān)護等。但該專利采用多級高階濾波，
探測時間長，易受外界環(huán)境干擾，且無法確定人員與探測器的距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗干擾能力強、且可以測距的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體 制的生命探測裝置。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為 一種基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝 置，頻率綜合器產(chǎn)生頻率為f,的兩路中頻信號發(fā)6和收&，頻率為f2的兩路微波信號 發(fā)f2和收f2，以及第一時鐘和第二時鐘，發(fā)&送往偽碼調(diào)制器，發(fā)f2送往上變頻器， 收f2送至第一混頻器，收ft送至第二混頻器，第一時鐘送至偽碼產(chǎn)生器，第二時鐘送 至數(shù)字信號處理器；偽碼產(chǎn)生器在第一時鐘作用下產(chǎn)生一定頻率和周期的偽碼信號和 偽碼信號同步；所述的偽碼信號輸入到偽碼調(diào)制器，對中頻信號發(fā)f,進行相位調(diào)制， 產(chǎn)生偽碼調(diào)相的f,中頻信號，該信號在上變頻器中與發(fā)f2本振信號相乘、濾波，將該 偽碼調(diào)相的&中頻信號頻譜搬移到微波&+&上，經(jīng)功率放大器放大后至發(fā)射天線輻射 出去；接收天線接收外界反射的電磁波，經(jīng)低噪聲放大器濾波、放大，進入第一混頻 器與收f2本振信號進行混頻，將回波信號的載頻頻率降至f\，該信號進入中頻放大器 濾波、放大，濾除鏡像頻率，中頻放大器的輸出進入第二混頻器與收f！本振信號進行 混頻，將回波信號的載頻降至基帶，該信號經(jīng)濾波放大器濾波、放大后得到基帶回波 信號，基帶回波信號進入數(shù)字信號處理器進行高速模/數(shù)變換、雜波對消、距離門相關、 數(shù)字濾波、FFT變換、信號判決，最后將處理結(jié)果送終端顯示。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)抗干擾能力強，該裝置采用偽碼調(diào)相 連續(xù)波體制，對建筑物、墻體、廢墟引起的雜波干擾和人員走動、風吹草動等引起的 其它干擾具有良好的抑制能力。(2)可以測量目標與探測裝置之間的距離，為目標搜 尋提供方便。(3)除了可應用于近距離生命探測外，還可以用于遠距離人員、.車輛等 目標探測。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置組成框圖。圖2是本發(fā)明的數(shù)字信號處理器的功能框圖。 圖3是本發(fā)明的數(shù)字信號處理器和終端的聯(lián)合工作過程。
具體實施例方式
結(jié)合圖1，本發(fā)明基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，包括發(fā)射天線、功率 放大器、上變頻器、偽碼調(diào)制器、偽碼產(chǎn)生器、頻率綜合器、接收天線、低噪聲放大 器、第一混頻器、中頻放大器、第二混頻器、濾波放大器、數(shù)字信號處理器和終端。 頻率綜合器產(chǎn)生頻率為fi的兩路中頻信號發(fā)&和收f!，頻率為f2的兩路微波信號發(fā)f2 和收f2，以及第一時鐘和第二時鐘，發(fā)&送往偽碼調(diào)制器，發(fā)f2送往上變頻器，收& 送至第一混頻器，收f,送至第二混頻器，第一時鐘送至偽碼產(chǎn)生器，第二時鐘送至數(shù) 字信號處理器；偽碼產(chǎn)生器在第一時鐘作用下產(chǎn)生一定頻率和周期的偽碼信號和偽碼 信號同步；所述的偽碼信號輸入到偽碼調(diào)制器，對中頻信號發(fā)&進行相位調(diào)制，產(chǎn)生 偽碼調(diào)相的&中頻信號，該信號在上變頻器中與發(fā)f2本振信號相乘、濾波，將該偽碼 調(diào)相的&中頻信號頻譜搬移到微波fi+f2上，經(jīng)功率放大器放大后至發(fā)射天線輻射出去； 接收天線接收外界反射的電磁波，經(jīng)低噪聲放大器濾波、放大，進入第一混頻器與收 f2本振信號進行混頻，將回波信號的載頻頻率降至&，該信號進入中頻放大器濾波、放
大，濾除鏡像頻率，中頻放大器的輸出進入第二混頻器與收fi本振信號進行混頻，將 回波信號的載頻降至基帶，該信號經(jīng)濾波放大器濾波、放大后得到基帶回波信號，基 帶回波信號進入數(shù)字信號處理器進行高速模/數(shù)變換、雜波對消、距離門相關、數(shù)字濾
波、FFT變換、信號判決，最后將處理結(jié)果送終端顯示。
上述的頻率綜合器利用一高穩(wěn)定的晶振產(chǎn)生系統(tǒng)的中頻源、微波源和數(shù)字電路時 鐘。所產(chǎn)生的頻率為f,的發(fā)f,信號送往偽碼調(diào)制器作調(diào)制載波用，所產(chǎn)生的頻率為fj
的收&信號送往第二混頻器作本振信號用，頻率為f2的發(fā)f2信號和收f2分別送往上變
頻器和第一混頻器作本振信號用，其中&為中頻，幾十到幾百MHz， f2為微波，幾個
GHZ，發(fā)6與收&，發(fā)f2與收f2，頻率相同但幅度有差異。數(shù)字電路時鐘包括第一時
鐘和第二時鐘，其中第一時鐘送至偽碼產(chǎn)生器，第二時鐘送至數(shù)字信號處理器。
偽碼產(chǎn)生器在第一時鐘的作用下產(chǎn)生偽碼信號。偽碼信號是最大長度線性反饋移 位寄存器序列，采用多級移位寄存器進行線性反饋而成。本發(fā)明裝置采用偽碼調(diào)相連
6續(xù)波體制，其碼寬與測距精度相對應，碼周期與最大不模糊距離相對應， 實際中根據(jù)需要調(diào)整碼寬和碼周期，通過高速信號處理可以提高測距精度。偽碼產(chǎn)生 器除了產(chǎn)生偽碼信號外，還產(chǎn)生偽碼信號同步供數(shù)字信號處理器作雜波對消和距離門 相關用。
偽碼調(diào)制器完成中頻調(diào)制功能。對偽碼產(chǎn)生器輸出的偽碼信號和頻率綜合器輸出 的發(fā)f,信號進行相乘，輸出受偽碼信號調(diào)制的中頻信號，即偽碼調(diào)相的&中頻信號。
上變頻器利用頻率綜合器提供的發(fā)f2信號將偽碼調(diào)制器輸出的偽碼調(diào)相的&中頻 信號頻譜搬移到微波fHf2上，即輸出偽碼調(diào)相的載波頻率為fi+f2的微波信號。
功率放大器將上變頻器的輸出信號進行功率放大。發(fā)射天線將功率放大器輸出的 載波頻率為fi+f2的偽碼調(diào)相信號輻射到外部空間，接收天線接收外界反射回來的電磁 波信號。發(fā)射天線和接收天線除了保證一定的天線增益外，還必須保證兩者之間的隔 離度大于60dB。功率放大器的放大倍數(shù)與發(fā)射天線的增益配合保證一定的有效輻射功 率。
從接收天線下來的回波信號進入低噪聲放大器濾波、放大，低噪聲放大器的帶寬 覆蓋回波信號頻譜，其特點是引入的噪聲低，其放大倍數(shù)滿足第一混頻對輸入信號的 要求即可。
低噪聲放大器的輸出接到第一混頻器的一個輸入端，另一個輸入端是頻率綜合器 輸出的收f2微波本振信號，兩個輸入信號在第一混頻器中相乘、濾波，將回波信號的
載波頻率(fHf2)降至f"
中頻放大器對第一混頻器輸出的信號進行濾波、放大，濾除鏡像頻率。
第二混頻器對中頻放大器的輸出與頻率綜合器輸出的收fi中頻本振信號相乘、濾 波，輸出基帶回波信號。
濾波放大器對基帶回波信號進一步濾波和放大，使得輸出的基帶回波信號滿足數(shù) 字信號處理器中高速模/數(shù)變換的輸入信號要求。
數(shù)字信號處理器主要完成對基帶回波信號的高速模/數(shù)變換、雜波對消、距離門相
關、數(shù)字濾波、FFT變換、信號判決等處理，并將處理結(jié)果送至終端顯示。數(shù)字信號 處理器同時接收來自終端的指令，如基帶回波數(shù)據(jù)傳送、雜波參數(shù)修正等指令，并作相應的處理。數(shù)字信號處理器的功能框圖參見圖2。
數(shù)字信號處理器硬件由高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA、雙端口 RAM和DSP處理器四部 分組成。高速模/數(shù)變換在第二時鐘的作用下將基帶回波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字回波信號，模/ 數(shù)變換的量化精度為12-16位。FPGA主要完成了三個功能雜波對消、距離門相關和 數(shù)字濾波。
在數(shù)字信號處理器中，信號的同步對雜波對消、距離門相關非常重要，偽碼產(chǎn)生 器輸出的偽碼信號同步即為裝置的系統(tǒng)同步信號，接收的數(shù)字回波信號雜波參數(shù)提取、 雜波信號產(chǎn)生、雜波對消、距離門參考信號產(chǎn)生和距離門相關都是以該系統(tǒng)同步信號 為基礎的。
雜波對消的具體工作過程是探測裝置上電后，終端上發(fā)起基帶回波數(shù)據(jù)傳送指
令后，DSP處理器控制高速模/數(shù)變換采集一段時間的基帶回波信號，存在雙端口 RAM 中，DSP處理器讀取雙端口 RAM的數(shù)據(jù)并將其傳送至終端。終端分析回波信號，提 取其中雜波信號的時延和幅度等參數(shù)后，向DSP處理器發(fā)出雜波參數(shù)修正指令，將這 些雜波參數(shù)傳給DSP處理器。DSP處理器再將這些參數(shù)傳送至FPGA， FPGA中的雜 波信號產(chǎn)生模塊讀取雜波參數(shù)，修正后產(chǎn)生新的雜波信號，在雜波對消模塊與數(shù)字回 波信號進行抵消運算，獲得抑制雜波的回波信號，供距離門相關用。
距離門相關的工作過程是距離門參考信號產(chǎn)生模塊在第二時鐘和偽碼信號同步 信號下，依次產(chǎn)生不同時延的偽碼信號即距離門參考信號，與雜波對消模塊的輸出信 號依次作多路距離門相關運算，得到不同距離門的相關輸出。
數(shù)字濾波的工作過程是事先根據(jù)回波多普勒信號帶寬設計數(shù)字濾波器的頻率特
性，由此確定濾波器的類型和階數(shù)，通常采用FIR濾波。通過計算得到濾波器的系數(shù)， 將這些系數(shù)事先存入FPGA的RAM區(qū)。距離門相關輸出到來時就依次進行多級濾波， 其濾波結(jié)果存入雙端口 RAM中。
雙端口 RAM為具有兩個獨立讀寫端口的靜態(tài)存儲器，供FPGA和DSP處理器之
間存取數(shù)據(jù)用。
DSP處理器從雙端口 RAM中讀取FPGA數(shù)字濾波的輸出數(shù)據(jù)，進行FFT變換或 復雜信號處理，分析頻譜特征，應用判決法則判斷回波中是否有人，如無人，直接輸出判斷結(jié)果，若有人，則給出該人與探測器的之間的距離。DSP處理器將數(shù)字濾波的 輸出、FFT輸出和判決結(jié)果送至終端。數(shù)字信號處理器和終端的聯(lián)合工作過程參見圖3。
終端接收DSP處理器傳送過來的數(shù)據(jù)，顯示回波時域、頻域波形及判決結(jié)果，同 時終端還完成雜波參數(shù)分析工作，向DSP處理器發(fā)送基帶回波數(shù)據(jù)傳送、雜波參數(shù)修 正指令。雜波參數(shù)分析程序事先對建筑物、墻體和廢墟等障礙物建立基于偽碼調(diào)相連 續(xù)波體制的生命探測裝置的基帶數(shù)字回波信號模型，模型越逼近，則提取的雜波參數(shù) 越準確，對應的雜波對消效果越好。終端和數(shù)字信號處理器的聯(lián)合工作過程參見圖3。
為防止因操作人員引起的附加干擾，探測裝置的數(shù)字信號處理器應與終端之間保 持十米以上的距離。
權利要求
1、一種基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于頻率綜合器產(chǎn)生頻率為f1的兩路中頻信號發(fā)f1和收f1，頻率為f2的兩路微波信號發(fā)f2和收f2，以及第一時鐘和第二時鐘，發(fā)f1送往偽碼調(diào)制器，發(fā)f2送往上變頻器，收f2送至第一混頻器，收f1送至第二混頻器，第一時鐘送至偽碼產(chǎn)生器，第二時鐘送至數(shù)字信號處理器；偽碼產(chǎn)生器在第一時鐘作用下產(chǎn)生一定頻率和周期的偽碼信號和偽碼信號同步；所述的偽碼信號輸入到偽碼調(diào)制器，對中頻信號發(fā)f1進行相位調(diào)制，產(chǎn)生偽碼調(diào)相的f1中頻信號，該信號在上變頻器中與發(fā)f2本振信號相乘、濾波，將該偽碼調(diào)相的f1中頻信號頻譜搬移到微波f1+f2上，經(jīng)功率放大器放大后至發(fā)射天線輻射出去；接收天線接收外界反射的電磁波，經(jīng)低噪聲放大器濾波、放大，進入第一混頻器與收f2本振信號進行混頻，將回波信號的載頻頻率降至f1，該信號進入中頻放大器濾波、放大，濾除鏡像頻率，中頻放大器的輸出進入第二混頻器與收f1本振信號進行混頻，將回波信號的載頻降至基帶，該信號經(jīng)濾波放大器濾波、放大后得到基帶回波信號，基帶回波信號進入數(shù)字信號處理器進行高速模/數(shù)變換、雜波對消、距離門相關、數(shù)字濾波、FFT變換、信號判決，最后將處理結(jié)果送終端顯示。
2、 根據(jù)權利要求1所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于 發(fā)射天線和接收天線之間有60dB以上的隔離度。
3、 根據(jù)權利要求1所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于 數(shù)字信號處理器的硬件由高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA、雙端口 RAM和DSP處理器四部分組 成，高速模/數(shù)變換在第二時鐘的作用下將基帶回波信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信號，F(xiàn)PGA 在第二時鐘、偽碼信號同步的作用下，完成對數(shù)字基帶信號的雜波對消、距離門相關和 數(shù)字濾波功能，雙端口 RAM供FPGA和DSP處理器之間存取數(shù)據(jù)用，DSP完成FFT 變換、信號判決，并擔負數(shù)字信號處理器與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令傳遞任務。
4、 根據(jù)權利要求1或3所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征 在于FPGA中的雜波對消的工作過程為探測裝置上電后，終端發(fā)起基帶回波數(shù)據(jù)傳送 指令，DSP處理器控制高速模/數(shù)變換釆集基帶回波信號，存在雙端口 RAM中，DSP 處理器讀取雙端口RAM的數(shù)據(jù)并將其傳送至終端，該終端分析回波信號，提取雜波信 號的時延和幅度參數(shù)后，向DSP處理器發(fā)出雜波參數(shù)修正指令，將這些雜波參數(shù)傳給DSP處理器，該DSP處理器再將這些參數(shù)傳送至FPGA,該FPGA中的雜波信號產(chǎn)生 模塊讀取雜波參數(shù)，修正后產(chǎn)生新的雜波信號，在雜波對消模塊與數(shù)字化回波信號進行 抵消運算，獲得抑制雜波的回波信號，供距離門相關用。
5、 根據(jù)權利要求1或3所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征 在于FPGA中的距離門相關的工作過程為距離門參考信號產(chǎn)生模塊在第二時鐘和偽碼 信號同步信號下，依次產(chǎn)生不同時延的偽碼信號即距離門參考信號，與雜波對消模塊的 輸出信號依次作多路距離門相關運算，得到不同距離門的相關輸出。
6、 根據(jù)權利要求1或3所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征 在于FPGA中的數(shù)字濾波的工作過程為對不同距離門的相關輸出分別進行多級濾波， 濾去高頻分量，并將濾波結(jié)果存入雙端口RAM中。
7、 根據(jù)權利要求1所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于 在數(shù)字信號處理器中，偽碼產(chǎn)生器輸出的偽碼信號同步為該探測裝置的系統(tǒng)同步信號， 基帶數(shù)字回波信號的雜波參數(shù)提取、雜波信號產(chǎn)生、雜波對消、距離門參考信號產(chǎn)生和 距離門相關都是以該系統(tǒng)同步信號為基礎。
8、 根據(jù)權利要求1所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于 DSP處理器從雙端口 RAM中讀取FPGA數(shù)字濾波的輸出數(shù)據(jù)，進行FFT變換，分析 頻譜特征，應用判決法則判斷回波中是否有人，如無人，直接輸出判斷結(jié)果，若有人， 則給出該人與探測器的之間的距離，DSP處理器將數(shù)字濾波的輸出數(shù)據(jù)、FFT數(shù)據(jù)和判 決結(jié)果送至終端顯示。
9、 根據(jù)權利要求1所述的基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置，其特征在于 終端接收DSP處理器傳送過來的數(shù)據(jù)，顯示回波時域、頻域波形及判決結(jié)果，同時， 終端還完成雜波參數(shù)分析工作，向DSP處理器發(fā)送基帶回波數(shù)據(jù)傳送、雜波參數(shù)修正 指令，該雜波參數(shù)分析程序事先對障礙物建立基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置 的基帶數(shù)字回波信號模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于偽碼調(diào)相連續(xù)波體制的生命探測裝置。本發(fā)明裝置中，應用偽隨機編碼信號對中頻信號進行調(diào)相，然后上變頻到微波經(jīng)功率放大，由發(fā)送天線輻射出去。進入到接收天線的回波信號經(jīng)過低噪聲放大、兩次混頻和濾波放大后變?yōu)槟M基帶信號，經(jīng)高速采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，應用大規(guī)模FPGA器件對數(shù)字信號進行雜波對消、距離門相關、數(shù)字濾波，在高速DSP處理器中進行FFT變換并作出判決，將判決結(jié)果送至終端顯示。該探測裝置可用于發(fā)現(xiàn)位于墻體或其它障礙物后的人員，且可以測出人員與探測裝置之間的距離，為搜尋、救援提供方便，該探測裝置具有較強的抗雜波和背景干擾的能力。
文檔編號G01S7/02GK101458326SQ200710191689
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權日2007年12月14日
發(fā)明者孫錦濤, 鵬 李, 芮義斌, 謝仁宏, 郭山紅, 陸繼懋, 齊連寶 申請人:南京理工大學