基于毫米波雷達(dá)與光學(xué)圖像的周界監(jiān)控技術(shù)研究

龔小姣

（重慶軍工產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 重慶 401120）

1 引言

雷達(dá)發(fā)展至今，已經(jīng)有100多年的歷史，現(xiàn)代的雷達(dá)與光學(xué)圖像相結(jié)合，一般應(yīng)用于民用、國防領(lǐng)域等。周界監(jiān)控技術(shù)以及入侵環(huán)境檢測要求雷達(dá)具備快速、準(zhǔn)確的識別特點(diǎn)，在監(jiān)控范圍內(nèi)快速查找到目標(biāo)定位，并優(yōu)化信號處理算法、設(shè)備運(yùn)算速度等。而周界監(jiān)控技術(shù)大多使用毫米波雷達(dá)，與光學(xué)影響相結(jié)合，為車輛檢測、安全檢測提供技術(shù)支撐，目前關(guān)于周界監(jiān)控技術(shù)的研究較少，本文通過相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)分析周界監(jiān)控技術(shù)的具體技術(shù)，并且對毫米波雷達(dá)以及光學(xué)圖像進(jìn)行研究[1]。

2 毫米波雷達(dá)與光學(xué)圖像工作原理

周界監(jiān)控技術(shù)中的入侵檢測雷達(dá)，工作機(jī)制主要分為脈沖多普勒機(jī)制、調(diào)頻連續(xù)波機(jī)制。雷達(dá)的工作建立在其波形、測速、測距原理上，并且其波形設(shè)計(jì)在檢測中發(fā)揮重要作用，本文主要針對這兩種機(jī)制，結(jié)合雷達(dá)信號，分析測速、測距的工作原理[2]。

2.1 脈沖多普勒機(jī)制

脈沖多普勒機(jī)制通過捕捉目標(biāo)，并且將目標(biāo)的距離、速度等進(jìn)行分割分離，其工作大多基于運(yùn)動中目標(biāo)檢測的雷達(dá)。其采用的工作方式為收發(fā)分時(shí)，即為利用接受時(shí)間的不同，完成多個目標(biāo)、多個距離的分辨。在此過程中，由于不同運(yùn)動目標(biāo)的多普勒頻率不一樣，因此可輕易提取入侵目標(biāo)的距離、速度等信息，并且可以多個目標(biāo)同時(shí)提取。

2.2 調(diào)頻連續(xù)波機(jī)制

與脈沖信號不同的是，連續(xù)波雷達(dá)的機(jī)制更適合大范圍的布置安裝，這是由于其結(jié)構(gòu)簡單、重量與體積較小的緣故，因此在周界監(jiān)控入侵領(lǐng)域檢測中，相比于脈沖雷達(dá)機(jī)制優(yōu)勢更為明顯。而調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)常常使用頻率或者相位調(diào)制信號來獲得更多的信號帶寬，實(shí)現(xiàn)大壓縮比，可增加傳輸功率。

本文中的周界監(jiān)控技術(shù)中的入侵檢測雷達(dá)，實(shí)際上大多用于商場、工廠、監(jiān)獄以及機(jī)場等大型周邊環(huán)境的目標(biāo)監(jiān)控，可以對人、車輛等進(jìn)行檢測，并對非法入侵的人或者車輛進(jìn)行報(bào)警，因此在使用時(shí)會設(shè)置警戒范圍。但是由于周邊環(huán)境會有不用程度的雜波干擾，主要來源于樹木、圍墻、建筑物等，上述雜波會對目標(biāo)檢測造成影響。為了避免檢測出現(xiàn)紕漏，大多檢測使用檢測動目標(biāo)的形式。一般情況下，入侵動目標(biāo)的雜波會較大，可以利用波形速度區(qū)分入侵目標(biāo)，但是如果目標(biāo)速度較慢，或者停止運(yùn)動時(shí)，檢測會受到影響，因此需要入侵檢測雷達(dá)具備識別緩慢動目標(biāo)的能力。而大多入侵不只是單一目標(biāo)，因此入侵雷達(dá)還需要具備多目標(biāo)檢測功能，更要在雜波背景下識別出目標(biāo)的距離、速度，因此周界監(jiān)控技術(shù)大多使用上文的機(jī)制，既符合要求又降低了成本。

3 周界監(jiān)控技術(shù)入侵檢測研究

3.1 警戒區(qū)檢測

在某些無人監(jiān)控的區(qū)域且是重要場所附近，可以提示來往人員或者車輛，此地區(qū)為警戒地區(qū)，雷達(dá)在附近檢測到目標(biāo)入侵警戒區(qū)，在捕捉到目標(biāo)之后，將會報(bào)警并提醒相關(guān)人員，圖1為目標(biāo)進(jìn)入警戒區(qū)域后警告的示意圖。

圖1 警告示意

可以看出根據(jù)警戒區(qū)的位置，以雷達(dá)朝向區(qū)域?yàn)橹芙缇€，通過捕捉距離以及監(jiān)視角度發(fā)現(xiàn)是否有人入侵，如圖2所示，如果目標(biāo)在警戒區(qū)域，雷達(dá)將會捕捉運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動軌跡，并且向中控臺發(fā)出報(bào)警信息，如果目標(biāo)沒有在警戒區(qū)域，則為安全，且識別為無入侵情況。

圖2 未發(fā)生入侵與發(fā)生入侵時(shí)警戒區(qū)檢測示意

3.2 目標(biāo)運(yùn)動方向預(yù)測

對于上文中提出的穿越了周界線的目標(biāo)，就需要對其進(jìn)行跟蹤，在分析中預(yù)測目標(biāo)的運(yùn)動方向以及即將到達(dá)的位置。此時(shí)雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及光學(xué)圖像是展示目標(biāo)運(yùn)動的主要手段，跟蹤系統(tǒng)實(shí)際上使用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理，并且在對目標(biāo)進(jìn)行檢測之后，對雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行一系列的關(guān)聯(lián)、預(yù)測等操作，借此保證對目標(biāo)距離的跟蹤。跟蹤的參數(shù)主要從徑向距離、速度、加速度以及方位向等出發(fā)，分析運(yùn)動目標(biāo)的實(shí)際運(yùn)動參數(shù)，此時(shí)跟蹤的優(yōu)勢主要在于可減少測量中出現(xiàn)的隨機(jī)誤差，并預(yù)知目標(biāo)未來時(shí)刻的位置以及相關(guān)運(yùn)動方向。

4 結(jié)語

本文主要簡單介紹了毫米波雷達(dá)與光學(xué)圖像的工作原理，并且對周界監(jiān)控技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中做出分析，驗(yàn)證得出針對不規(guī)則的周界場景，可以采用周界線標(biāo)定方法，以簡單的方式標(biāo)定周界線，方便監(jiān)控技術(shù)的實(shí)施。不僅如此，在劃分警戒區(qū)域時(shí)，提出了判斷入侵，以及入侵之后的目標(biāo)運(yùn)動方向預(yù)測，檢驗(yàn)了目標(biāo)檢測以及跟蹤算法的有效性[3]。實(shí)際上，周界監(jiān)控技術(shù)依舊有較多內(nèi)容需要研究，更需要在實(shí)踐中不斷完善，借此保障社會環(huán)境的穩(wěn)定、和諧。