Р.Ю. Козлов1, К.Ю. Гаврилов2

1,2 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

2gvrk61@mail.ru

Постановка проблемы. В настоящее время актуальной является задача разработки модели принимаемых радиолокационных сигналов в радиолокаторах зондирования помещений через стену (РЗЧС) с учетом свойств целей и наличия интерференционных помех. При этом целями, подлежащими обнаружению, являются люди, находящиеся в подвижном или неподвижном состоянии. Предполагается, что зондирование осуществляется с помощью сверхширокополосного сигнала со ступенчатой частотной модуляцией. Разрабатываемая модель должна соответствовать реальным принимаемым сигналам РЗЧС с точки зрения близости статистических характеристик.

Цель. Провести анализ реальных сигналов при наблюдении людей внутри помещений, зондируемых через стену, разработать модель этих сигналов и алгоритм их обработки.

Результаты. Разработаны модели сигналов, которые соответствуют случаям зондирования как «пустого» помещения (при отсутствии людей), так и помещения с находящимися внутри него людьми. При разработке моделей учтены свойства реальных сигналов, которые получены в ходе натурных экспериментов с макетом радара. Проведено сравнение статистических характеристик реальных и модельных сигналов, в результате которого показана адекватность разработанных моделей реальным сигналам. Показано также, что амплитуда комплексной огибающей сигнала цели может быть описана с помощью функции Гаусса.

Практическая значимость. Разработанные модели сигналов позволяют определить характеристики согласованного фильтра, использование которого при обработке сигналов в РЗЧС приводит к существенному снижению шумовой компоненты и сглаживанию сигналов. С помощью разработанных моделей могут быть получены оценки эффективности алгоритмов обработки сигналов при различных сценариях зондирования помещений через стену.

Козлов Р.Ю., Гаврилов К.Ю. Разработка модели принимаемых сигналов и алгоритма их обработки при радиолокационном обнаружении людей в помещениях через стену // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2024. Т. 22. № 3. С. 61−74. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202403-07

1. Безуглов В.А., Негодяев С.С., Царьков А.В. Алгоритм обработки данных сверхширокополосного радиолокатора для обнаружения подвижных объектов за оптически непрозрачными преградами // Спецтехника и связь. 2013.
2. Бугаев А.С., Васильев И.А., Ивашов С.И. и др. Обнаружение и дистанционная диагностика людей за препятствиями с помощью РЛС // Радиотехника. 2003. № 7. С. 42−47.
3. Вовшин Б.М., Гринев А.Ю., Фадин Д.В. Процедуры обнаружения подвижных объектов за преградами // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 1−2.
4. Гаврилов К.Ю., Игонина Ю.В., Козлов Р.Ю. Обнаружение и сопровождение людей при радиолокационном зондировании помещений через стену // XII Всерос. конф. «Радиолокация и радиосвязь» 2018. С. 78−79.
5. Гаврилов К.Ю., Игонина Ю.В., Линников О.Н. Оценка ошибок измерения координат целей в радарах зондирования через стену // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2019. Т. 17. № 1. С. 46−54.
6. Гаврилов К.Ю., Козлов Р.Ю. Метод обработки радиолокационных сигналов с частотной манипуляцией при обнаружении людей в помещениях через стену // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 4. С. 117−131. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202204-15.
7. Игонина Ю.В. Обнаружение и сопровождение людей при радиолокационном зондировании помещений через стену. М.: Дисс. канд. техн. наук. 2021. 117 с.
8. Козлов Р.Ю., Гаврилов К.Ю. Восстановление траекторий перемещения людей при радиолокационном зондировании через стену // Тезисы 17‑й Междунар. конф. «Авиация и космонавтика – 2018». 19−23 ноября 2018 г. М.: Типография «Люксор». 2018. С. 258−259.
9. Коваленко Н.А. Методы подповерхностной радиолокации для обнаружения людей за непрозрачными средами // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011.
10. Коваленко Н.А., Сахацкий В.Д. Математическая модель искажения зондирующих сигналов в системах контроля местоположения людей за непрозрачной преградой // Вестник НТУ Харьковский политехнический институт. Серия: Информатика и моделирование. 2013.
11. Охотников Д.А. Сверхширокополосный радиолокатор для обнаружения людей за оптически непрозрачными препятствиями // III Всерос. Армандовские чтения. 2013. С. 174−177.
12. Охотников Д.А. Восстановление траектории движения живых объектов при радиолокационном наблюдении // Материалы III Всерос. конф. «Радиолокация и радиосвязь». ИРЭ РАН. 26−30 октября 2009.
13. Совлуков А.С., Хаблов Д.В. Возможности радиоволновых методов для обнаружения живых людей за преградами по дыханию и сердцебиению // Датчики и системы. 2012.
14. Aftanas M. Through Wall Imaging with UWB Radar System // Dissertation for the Degree of Doctor of Philosophy (Electrical Engineering: 5.2.13 Electronics). Technical University of Kosine. August 2009.
15. Aftanas M., Drutarovsky M. Imaging of the Building Contours with Through the Wall UWB Radar System // Radioengineering. September 2009. V. 18. № 3. P. 258−264.
16. Through-the-wall Radar Imaging / Edited by M.G. Amin. L – CRC Press. 2011.
17. Genarelli G., Braca P., Vivone G., Soldovieri F. Multiple Extended Target Tracking for Through Wall Radars // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. December 2015. V. 53. № 12. P. 6482−6494.
18. Yan J., Hong H., Zhao H., Li Y., Gu C., Zhu X. Through-Wall Multiple Targets Vital Signs Tracking Based on VMD Algorithm // Sensors. 2016. 16. 1293.
19. Martone A.F. Ranney K., Le C. Noncoherent Approach for Through-the-Wall Moving Target Indication // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. January 2014. V. 50. № 1. P. 193−206.
20. Liang X., Lv T., Zhang H., Gao Y., Fang G. Trough-wall human being detection using UWB impulse radar // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2018: 46. P. 1−17.
21. Cho H.S., Park Y.J. Detection of Heart Rate through a Wall using UWB Impulse Radar // Journal of Healthcare Engineering. V. 2018. Art. ID 4832605. 7 p.
22. Mahfouz M., Fathy A., Yang Y., Ali E.E., Badawi A. See-Through-Wall Imaging using Ultra Wideband Pulse Systems // Proceedings of the 34th Applied Imagery and Pattern Recognition Workshop (AIPR 2005). January 2005.
23. Peabody J.E., Charvat G.L., Goodwin J., Tobias M. Through-Wall Imaging Radar // Lincoln Laboratory Journal. 2012. V. 19. № 1. P. 62−72.
24. Yu Y., Yang J., McKelvey T., Stoew B. A Compact UWB Indoor and Through-Wall Radar with Precise Ranging and Tracking // International Journal of Antennas and Propagation. 2012. V. 2012. Article ID 678590.
25. Гаврилов К.Ю., Игонина Ю.В., Линников О.Н. Оценка ошибок измерения координат целей в радарах зондирования через стену // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2019. Т. 17. № 1. С. 46−54.
26. Zetik R., Crabbe S., Krajnak J., Peyerl P., Sachs J., Thoma R. Detection and localization of persons behind obstacles using M-sequence through-the-Wall radar // Proceedings of the SPIE. 2006. V. 6201.
27. Kumar A. Experimental Study of Through-Wall Human Being Detection using Ultra-Wideband Radar // Dissertation of Master of Science in Electrical Engineering. The University of Texas at Arlington. May 2011.
28. Long Teng, Ren Li Xiang. HPRF pulse Doppler stepped frequency radar // Sci China F-Inf Sci. 2009. 52 (5): 883−893.
29. Iizuka K., Freundorfer A.P., Wu K.H., Mori H., Ogura H., Nguyen V.K. Step-frequency radar // J. Appl. Phys. November 1984. V. 56. № 9. P. 2572−2582.
30. Чапурский В.В. Избранные задачи теории сверхширокополосных радиолокационных систем. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012.
31. Гаврилов К.Ю., Игонина Ю.В., Линников О.Н., Панявина Н.С. Оценка разрешающей способности по дальности при использовании сигналов со ступенчатой частотной модуляцией// Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. Т. 13. № 5. С. 23−32.
32. Li G., Lin J., Random Body Movement Cancellation in Doppler Radar Vital Sign Detection // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. December 2008. V. 56. № 12. P. 3143−3152.
33. Liang F., Qi F., An Q., Lv H., Chen F., Li Z., Wang J. Detection of Multiple Stationary Humans Using UWB MIMO Radar // Sensors. 2016. 16. 1922.
34. Li C., Chen F., Jin J., Lv H., Li S., Lu G., Wang J. A Method for Remotely Sensing Vital Signs of Human Subjects Outdoors // Sensors. 2015. 15. P. 14830−14844.