[發明專利]基于毫米波的火場內人員定位與生命體征檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202011635182.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112698294A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 韓煒杰;岳克強;李文鈞;孫潔
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/32;G01S13/58;G01S13/62;G01V8/10
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 楊小凡

本發明公開了基于毫米波的火場內人員定位與生命體征檢測裝置及方法，裝置包括中央控制與處理模塊及與其連接的DAC(數模轉換器)、ADC(模數轉換器)、可選的數據存儲模塊、毫米波雷達模塊、攝像頭模塊、WIFI模塊和中頻信號處理模塊；方法通過DAC、ADC和中央處理與控制器模塊對火場內人員的位置及生命體征關鍵數據進行處理與識別，實現對FMCW毫米波數據采集，MCU對數據處理分析，SD卡對數據進行緩存，給出火場內人員的位置與生命體征狀態，通過SCCB通信協議控制攝像頭給出具體位置信息，協同基于SPI接口的WIFI模塊將數據傳輸本地終端設備。

技術領域

本發明涉及目標定位及生命體癥檢測技術領域，尤其是涉及基于毫米波的火場內人員定位與生命體征檢測裝置及方法。

背景技術

隨著社會和經濟的發展，用電用火以及新材料新工藝在不斷增多，人們活動頻繁，近年來消防安全事故也在急增。在火災營救中，對被營救人員的搜索方法依然依靠群眾提供信息或消防隊員人工搜索的方式，易造成遺漏且極有可能對消防隊員造成傷害。當前采用的火場人員定位多為由無人機搭載攝像頭的方案，無人機無法進入火場，對人員的檢測能力有限。毫米波雷達設備在火場復雜環境中具有良好的檢測能力，受環境影響小，且可以避免因設備無法進入火場造成人員遺漏的情況。

發明內容

為解決現有技術的不足，實現火場內人員定位與生命體征的檢測，以及異地觀察的目的，本發明采用如下的技術方案：

基于毫米波的火場內人員定位與生命體征檢測方法，包括如下步驟：

S1，中央控制與處理模塊發出波形產生指令，控制DAC模塊發出連續調頻波；

S2，毫米波模塊從DAC模塊得到模擬信號，發射連續調頻波，接收回波信號后與發射信號進行混頻濾波處理，輸出放大后的差拍信號，即中頻信號；毫米波模塊發射線性調頻連續波，即TX信號，調頻脈沖帶寬為B，單個線性調制脈沖信號周期為T_C，接收反射波，即RX信號，由混頻器輸出中頻信號；

S4，中央控制與處理模塊通過中頻信號處理模塊對數據進行處理，得到人員定位與生命體征信息；包括如下步驟：

S41，檢測目標距離，RX信號作為TX信號時移之后的信號，s_τ是TX-chirp和RX-chirp的頻率之差，BW為調頻帶寬，τ為雷達到目標的往返時間，S為chirp相差的斜率，采用以下公式進行測距：

其中，d為檢測對象離波源的距離，考慮到檢測環境中會有干擾因素，故RX天線可能會收到多個目標的回波，其在時域譜中無法準確辨識，須對反射波進行FFT，在頻域譜中考察其相位，進而分析目標檢測物，需滿足如下關系：

頻域譜中對于不同距離的反射波形成多信號疊加的中頻信號，會產生多個峰值；

峰值對應的ω與物理離波源的距離成正比，根據檢測距離選取合適的范圍的ω，其與τ的對應關系如下：

ω＝Sτ

再由可估算出目標離波源的距離，得到可能為火場內人員的目標單位；

S42，檢測目標加速度，目標加速度檢測利用中頻信號的頻域譜進行解算，目標微小移動在時域中引起的變化極其微小，而其在頻域中引起的變化比較顯著，可由此解算單個目標的位移、速度等數據，利用兩個相鄰的T_C的相位差求出在T_C內的目標移動的距離，計算方法如下：