[发明专利]基于毫米波的火场内人员定位与生命体征检测装置及方法

说明书

本发明公开了基于毫米波的火场内人员定位与生命体征检测装置及方法，装置包括中央控制与处理模块及与其连接的DAC(数模转换器)、ADC(模数转换器)、可选的数据存储模块、毫米波雷达模块、摄像头模块、WIFI模块和中频信号处理模块；方法通过DAC、ADC和中央处理与控制器模块对火场内人员的位置及生命体征关键数据进行处理与识别，实现对FMCW毫米波数据采集，MCU对数据处理分析，SD卡对数据进行缓存，给出火场内人员的位置与生命体征状态，通过SCCB通信协议控制摄像头给出具体位置信息，协同基于SPI接口的WIFI模块将数据传输本地终端设备。

技术领域

本发明涉及目标定位及生命体症检测技术领域，尤其是涉及基于毫米波的火场内人员定位与生命体征检测装置及方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，用电用火以及新材料新工艺在不断增多，人们活动频繁，近年来消防安全事故也在急增。在火灾营救中，对被营救人员的搜索方法依然依靠群众提供信息或消防队员人工搜索的方式，易造成遗漏且极有可能对消防队员造成伤害。当前采用的火场人员定位多为由无人机搭载摄像头的方案，无人机无法进入火场，对人员的检测能力有限。毫米波雷达设备在火场复杂环境中具有良好的检测能力，受环境影响小，且可以避免因设备无法进入火场造成人员遗漏的情况。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现火场内人员定位与生命体征的检测，以及异地观察的目的，本发明采用如下的技术方案：

基于毫米波的火场内人员定位与生命体征检测方法，包括如下步骤：

S1，中央控制与处理模块发出波形产生指令，控制DAC模块发出连续调频波；

S2，毫米波模块从DAC模块得到模拟信号，发射连续调频波，接收回波信号后与发射信号进行混频滤波处理，输出放大后的差拍信号，即中频信号；毫米波模块发射线性调频连续波，即TX信号，调频脉冲带宽为B，单个线性调制脉冲信号周期为T_C，接收反射波，即RX信号，由混频器输出中频信号；

S4，中央控制与处理模块通过中频信号处理模块对数据进行处理，得到人员定位与生命体征信息；包括如下步骤：

S41，检测目标距离，RX信号作为TX信号时移之后的信号，s_τ是TX-chirp和RX-chirp的频率之差，BW为调频带宽，τ为雷达到目标的往返时间，S为chirp相差的斜率，采用以下公式进行测距：

其中，d为检测对象离波源的距离，考虑到检测环境中会有干扰因素，故RX天线可能会收到多个目标的回波，其在时域谱中无法准确辨识，须对反射波进行FFT，在频域谱中考察其相位，进而分析目标检测物，需满足如下关系：

频域谱中对于不同距离的反射波形成多信号叠加的中频信号，会产生多个峰值；

峰值对应的ω与物理离波源的距离成正比，根据检测距离选取合适的范围的ω，其与τ的对应关系如下：

ω＝Sτ

再由可估算出目标离波源的距离，得到可能为火场内人员的目标单位；

S42，检测目标加速度，目标加速度检测利用中频信号的频域谱进行解算，目标微小移动在时域中引起的变化极其微小，而其在频域中引起的变化比较显著，可由此解算单个目标的位移、速度等数据，利用两个相邻的T_C的相位差求出在T_C内的目标移动的距离，计算方法如下：