Название статьи или книги, фамилия автора, DOI

Разработка модели принимаемых сигналов и алгоритма их обработки при радиолокационном обнаружении людей в помещениях через стену

Р.Ю. Козлов1, К.Ю. Гаврилов2

научная статья УДК 621.396.96 Страницы: 61-69 doi.org/10.18127/j20700814-202403-07

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

Аннотация

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.

Поступила
22.04.2024
Одобрена
06.05.2024
Принята
30.05.2024

Для цитирования

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

Список источников
  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.