基于雷达技术的人身安全防护系统

刘万柱

【摘要】 本文简要介绍了基于雷达技术的人身安全防护系统的发展现状、特点、设计、原理等内容。包括各个子系统的组成和设计等，它们既有各自独立存在的特性，又有互相配合、密切相关的有机联系。通过本文能够使大家对基于雷达技术的人身安全防护系统是如何实现的有一个深入的认识。

【关键词】 雷达探测 方位引导 报警终端 无线遥控

随着现代高速公路的快速发展，带来的交通安全事故也在逐渐增多，就需要更多的交通执法人员进行现场事故处理，如何利用一些设备对现场处理事故人员的人身安全进行保护是交通执法部门关注的焦点。综合以上背景，设计了这套基于雷达技术的人身安全防护系统，可以有效辅助交通执法人员及时规避危险车辆从而保护其人身安全。

一、系统概要

1.1系统的概念

基于雷达技术的人身安全防护系统作为交通执法人员单兵安全预警装备，安装在执勤警车顶部，实时监视前方车辆威胁目标，按照预置的报警条件自主报警输出，为交通执法人员道路事故处理过程提供安全预警的声、光、振动等报警信息，保障交通执法人员的人身安全。

1.2系统的特点

基于雷达技术的人身安全防护系统利用雷达探测技术对目标车辆进行探测。采用多通道技术及先进的车道识别、目标精细检测及跟踪算法，可以实时测量监视区域内多个运动车辆的距离信息、速度信息（包括速度大小及运动方向），并进行车辆的行驶道路识别。可以根据设定条件自动识别威胁车辆，当检测到危险车辆时触发报警模块并通过无线方式发送给无线报警终端。

二、系统设计

2.1系统的组成及功能

系统设计采用模块化结构。可分解为五个模块：雷达探测模块、方位引导模块、报警终端、无线遥控模块。各个模块功能如下所述。

2.1.1雷达探测模块

用于探测来往车辆，并根据车辆速度、距离、方位信息，来判定是否达到报警阈值，并利用无线射频技术，把报警信息发送到报警终端。

2.1.2方位引导模块

利用雷达信号反射原理，用于标定雷达探测信号的方位，使雷达探测模块可以按照设定的区域进行车辆的探测跟踪。对雷达探测模块车辆行驶道路的识别起到了辅助作用，有效的减少了虚警率。

2.1.3报警终端

交通执法人员佩戴在身上，与皮肤接触。当收到雷达探测模块发出的报警信息，立刻发出声、光、振动三种形式的报警警示，提醒交通执法人员注意有危险车辆靠近，尽快躲避到安全区域。

2.1.4无线遥控模块

通过红外遥控信号，来控制雷达探测模块的工作状态。例如：开机、关机、功能性调整等。

2.2各个子模块的设计

根据用户对人身安全防护的需要和系统设计的原则，要求各个子模块的设计应满足各方面的需求，力求达到既能有多功能的综合信息服务性能，实现智能化管控，又要符合经济合理的原则。各个子模块的具体设计内容如下所述。

2.2.1 雷达探测模块

就系统的划分而言，雷达探测模块是本系统的核心组成部分。

雷达探测模块主要由以下七部分组成：雷达组件、射频组件、模拟电路板、数字电路板、显示控制板、电源板、云台。

各部分主要设计如下：

（1）雷达组件

用于产生雷达信号，并通过雷达天线以电磁波的形式发射出去，形成以雷达天线为原点，夹角为10度的扇形辐射区域。当发射的电磁波遇到行使中的车辆自然会产生反射，雷达天线通过接收反射回来的电磁波来判定车辆行使的速度、距离、方位信息。

（2）射频组件

用于产生射频信号，并通过全向射频天线把满足报警条件的信息发送给报警终端。

（3）模拟电路板

雷达天线接收反射回来的电磁波信号输入到模拟电路板，完成对回波信号的滤波、放大等处理。

（4）数字电路板

经模拟电路板处理后的信号输入到数字电路板，完成AGC（自动增益控制）及进一步的信号处理。数字电路板通过相关通信接口与外部计算机等设备进行有线的数据通信，来读取雷达探测模块的报警信息等。数字电路板通过相关连接接口与电机控制板进行数据的交互，以达到数字电路板对电机的控制。

（5）显示控制板

雷达探测模块具有工作状态指示功能，例如：开机指示、关机指示、工作指示、自检状态指示等。通过显示控制板来完成以上工作状态指示功能。

（6）电源板

用于雷达探测模块的各个组件及电路板的供电。以满足雷达探测模塊的正常工作。

（7）云台

因雷达信号的覆盖范围是固定角度的扇形区域，并具有固定的指向性。当雷达探测模块安装位置有偏差时，可使用云台来带动雷达探测模块的本体，进行雷达信号的指向调节。

2.2.2方位引导模块

方位引导模块主要是辅助雷达探测模块完成设定区域内的探测。方位引导模块无任何电气特性。主要由固定装置和金属反射体组成。金属反射体可以根据实际要求做成特定的形状。

当雷达信号遇到方位引导模块就会以很强的反射波被雷达探测模块接收，此时，雷达探测器就以方位引导模块为基准，来设定雷达的探测区域，可以由最初的扇形雷达信号覆盖区域设定成矩形雷达信号覆盖区域。

2.2.3报警终端

报警终端通过声、光、振动的方式来警示交通执法人员。报警终端运用无线射频通信的方式与雷达探测模块中的射频组件进行数据通信。

2.2.4无线遥控模块

无线遥控模块采用红外通信技术，来控制雷达探测模块的相关功能。根据具体功能需求，来定义无线遥控模块的按键功能。

三、系统原理

雷達探测模块工作在k波段。采取天线收发分开的连续波调频多普勒体制，通过长时间回波积累和距离多普勒二维处理进行目标速度、距离信息的提取。通过多目标回波信息的目标匹配、跟踪滤波完成目标识别，符合预设的报警阈值后，发出报警信号给到报警终端。

雷达探测模块利用MTI（动目标显示）技术实现对道路上车辆运动与静止目标的区分。MTI技术是利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。由于静止目标多普勒频率为0，运动目标多普勒频率不为0，从而就达到了消除固定杂波，保留运动目标信息的目的。

雷达探测模块利用MTD（动目标检测）技术实现对运动目标速度的提取。由于单纯的MTI只是对静止目标进行了抑制，保留运动目标信息，但是运动目标的速度、距离等信息其实还是未知的。在MTI后首先通过CFAR（恒虚警检测），然后进行FFT（快速傅氏变换），便得到各个目标的运动速度。

雷达探测模块利用Kalman（卡尔曼）滤波技术实现目标跟踪和预测。卡尔曼滤波算法基本思想是根据测量值和预测值估计实际值，从而提高系统可靠性和精度。

四、结束语

应用给交警执法人员的安全防护设备较少，相关的标准规范还没有健全。目前，基于雷达技术的人员安全防护产品在国际、国内还没有实现产业化，随着我国综合国力的提升，对科研经费的大力投入，我们有理由相信，不久的将来，适用于高速公路人员安全防护的产品会出现质的飞跃。

参 考 文 献

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