【摘 要】
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入侵探测技术被广泛用于区域防护以保障人身和公共财产安全。现有的入侵探测技术包括激光雷达、光学/热红外摄像机、电子围栏、振动电缆传感器、光纤传感器和入侵探测雷达。除入侵探测雷达外,其它入侵探测技术普遍存在隐蔽性差、易受环境温度、可见度以及嘈杂振动影响的缺陷。入侵探测雷达采用泄漏电缆或者常规天线发射探测信号和接收回波信号,从而构建人眼不见的电磁防护区域,弥补了上述缺陷。但是受限于发射信号的固有特性,入
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入侵探测技术被广泛用于区域防护以保障人身和公共财产安全。现有的入侵探测技术包括激光雷达、光学/热红外摄像机、电子围栏、振动电缆传感器、光纤传感器和入侵探测雷达。除入侵探测雷达外,其它入侵探测技术普遍存在隐蔽性差、易受环境温度、可见度以及嘈杂振动影响的缺陷。入侵探测雷达采用泄漏电缆或者常规天线发射探测信号和接收回波信号,从而构建人眼不见的电磁防护区域,弥补了上述缺陷。但是受限于发射信号的固有特性,入侵探测雷达依然存在距离分辨率和定位精度低,抗电磁干扰能力弱,难以实现多入侵全程监测的问题。因此,开展入侵探测雷达的相关研究具有重要的工程应用价值。噪声信号作为一种天然的随机信号,不仅具有宽而平坦的频谱和良好自相关性,而且结构简单、易于实现,作为雷达探测信号不仅可以获得厘米量级的定位精度和距离分辨率,还可以实现抗电磁干扰测量。因此,本文将宽带噪声信号作为入侵探测雷达的发射信号,分别提出了基于泄漏电缆的导波雷达和基于常规天线的一发多收雷达,最终将二者结合提出了面向入侵探测的混合式宽带噪声雷达,以实现防护区域边界的入侵预警和防护区域内部的入侵定位与跟踪。主要研究工作总结如下:(1)总结了现有入侵探测技术的优、缺点和工作原理,着重介绍了基于泄漏电缆的入侵探测导波雷达和基于常规天线的入侵监测雷达的研究现状,并提出将宽带噪声信号引入入侵探测雷达中。(2)提出并实验验证了一种基于宽带噪声信号的泄漏电缆导波雷达,该雷达采用宽带噪声信号作为探测信号,利用一对平行放置且间隔一定距离的泄漏电缆实现噪声信号的发射与接收,通过对比入侵前后的相关曲线,根据相关峰位置探测入侵者沿泄漏电缆的入侵距离。实验结果表明,该导波雷达可以同时探测多个入侵者的入侵距离,并且可以根据相关峰高度区分人体目标和小型动物。距离分辨率和动态范围分别达到30 cm和30 d B,最大探测范围估测为185 m。此外,还实验验证了该导波雷达的抗电磁干扰能力,即便探测环境中存在不同的干扰信号,该雷达仍然可以实现对入侵者的准确探测。(3)提出并实验验证了一种基于宽带噪声信号的一发多收雷达,该雷达通过一个发射天线和多个接收天线实现了宽带噪声信号的一发多收,并基于相关测距和二维椭圆定位方法,实现了对入侵者的定位和跟踪。实验结果表明,该一发多收雷达可以实现对多个入侵者的定位与跟踪,定位误差在10 cm范围内,距离分辨率可以达到19 cm。同时,该雷达还可以实现抗电磁干扰测量,抗电磁干扰的容限可以达到31.2 d B。(4)提出并实验验证了一种面向入侵探测的混合式宽带噪声雷达,以宽带噪声信号作为探测信号,融合了泄漏电缆导波雷达和一发多收雷达两种雷达系统。一方面,利用泄漏电缆导波雷达实现防护区域边界的入侵预警;另一方面,利用一发多收雷达实现防护区域内部的入侵定位与跟踪。实验结果表明所提出的混合式宽带噪声雷达不仅可以实现入侵的预警、定位和跟踪,还具有强抗电磁干扰能力。面向入侵预警的泄漏电缆导波雷达的距离分辨率为30 cm,面向入侵定位/跟踪的一发多收雷达的距离分辨率为19cm。
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