UWB之雷达成像

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UWB雷达原理

“雷达”是英文Radar的音译，Radar是Radio Detection and Ranging的缩写，意为“无线电探测和测距”，即用无线电探测目标并测定目标的空间位置。雷达也被称做“无线电定位”。其原理是雷达设备发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、径向速度、方位、高度等信息。

UWB利用超短脉冲信号，通过测量信号的时延和幅度来确定目标的位置和速度。因此，UWB可用作雷达成像。UWB雷达的超宽带信号带宽非常宽，可以达到几个GHz。这种信号具有很短的脉冲宽度和很高的峰值功率，可以穿透障碍物并在复杂环境中进行探测。

UWB雷达发射脉冲信号，并接收该脉冲信号经障碍物反射后的回波，通过对回波扰动的分析来判断UWB雷达附近是否存在物体，这种检测方式我们称之为CIR（Channel Impulse Response，信道脉冲响应）技术。UWB雷达通过接收到的CIR来探测周围物体及其运动。当UWB雷达周围有物体时，CIR对应位置就会有脉冲峰；当周围物体运动时，由于多普勒效应，对应的CIR值就会变化。通过分析CIR频谱来估计目标运动状态。


图4 UWB在不同物体的CIR表现

2.2UWB成像原理

UWB成像技术是UWB雷达的扩展应用，UWB成像可以简单理解为UWB脉冲波组成一堵无形的墙，这面墙向前走的时候碰到任何物体都会局部反弹回去，这面初始平整的墙返回的时候就有了凹凸变化，这个凹凸变化就描绘出了物体的一个面。

UWB成像通过软件算法解析实现，对于UWB硬件底层，只需要将检测的这一个区域变化的曲线，如上图的一个整体趋势告知算法，用算法的运算来描绘出物体的样貌，这种成像的方式是应用层所关注且通用的，除UWB雷达外，底层硬件不管使用毫米波雷达还是激光雷达，其成像原理都是采用的这种方式。




图5 UWB雷达成像原理

2.3UWB雷达成像应用

当前UWB雷达成像应用最广泛的领域主要包括：

► 军事领域：便携式UWB穿墙雷达能够实现对障碍物后面目标的探测、定位、成像和追踪。在应用层面主要包含建筑内部成像，探测、跟踪运动目标。在军事装备、火灾及地震救援等场景有着广泛的应用前景和价值。

► 医疗领域：非接触式UWB生命监测雷达不同于传统的电极和传感器接触的检测形式，可实现较远距离无接触式检测患者的呼吸和心跳，可以在不影响患者正常休息的情况下，实现对患者的生命体征实时监测。

► 车载领域：UWB活体雷达通过活体微动作感知算法，实现车内生命体征的非接触式存在性检测，支持静态呼吸检测，有效防止儿童、宠物等无行为能力的乘客滞留车内。UWB脚踢雷达基于运动感知算法，实现车尾箱的非接触式脚踢检测。

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