基于超声相控阵的嵌入式入侵探测系统的检测方法

摘要

本发明公开了一种基于超声相控阵的入侵探测系统及检测方法，结构简单、成本低、易于实现、易于调整、具有较高的稳定性和全天候工作等优点。该入侵探测系统包括一MCU主控模块，一超声相控阵列，串联连接的一FPGA时序控制模块和一超声换能器驱动模块，串联连接的一信号放大及调理模块和一高速A/D转换模块，以及一输出告警模块和一总线接口。本发明采用了基于超声相控阵的传感器技术，不仅具有超声波传感器固有的优点，还可克服现有入侵探测器的缺点，扩大入侵探测器的应用范围、降低了虚警率、提高了测量精度，与现有的入侵探测技术组成多鉴探头，可有限提高防控范围和有效性，是一种新型的探测技术。

主权项

一种基于超声相控阵的嵌入式入侵探测系统的检测方法，其特征在于，步骤如下： 1）将多个发射超声换能器进行二维空间分布组成超声相控阵列； 2）FPGA时序控制模块根据空间待扫描点的不同，通过超声换能器驱动模块控制各个发射超声换能器在不同时刻各自发出一束同相位的短波束，实现超声波束的空间聚焦和扫描；同时，FPGA时序控制模块还向MCU主控模块发出同步时钟，从而提高检测精度； 3）聚焦后的超声波在焦点附近如果遇到障碍物时就会反射回来，由接收超声换能器作为接收传感器接收回波信号，并转换成电信号； 4）接收到的信号经信号放大及调理模块的放大调理后，进入高速A/D转换模块并送至MCU主控模块进行处理；MCU主控模块根据计算得到的焦点回波时间形成同步信号，实现同步检测； 5）借助于电子扫描技术对待探测空间进行快速分层扫描，根据回波信号形成空间栅栏区域内物体的三维二值数字图像并存储；通过对不同时刻数字图像进行差值检测，即得到此栅栏区域内入侵物体的方位、速度、走向、数量、几何尺寸乃至外形信息；所述步骤3）中，设置多个接收超声换能器作为接收器，分别在不同的时段对不同焦点的回波信号进行接收；MCU主控模块还控制FPGA时序控制模块对入侵物体实现跟踪扫描，以得到入侵物体的信息；对于非探测方向、非焦点上的障碍物返回的信号，信号放大及调理模块能够通过信号的模式识别以及时间窗加以甄别；所述基于超声相控阵的嵌入式入侵探测系统，包括一MCU主控模块，一超声相控阵列，串联连接的一FPGA相位时序控制模块和一超声换能器驱动模块，前者连接于MCU主控模块，后者连接于超声相控阵列，超声换能器驱动模块按照FPGA相位时序控制模块设定的延迟时间依次发送若干个设定相位的方波脉冲信号驱动超声相控阵列；串联连接的一信号放大及调理模块和一高速A/D转换模块，前者连接于超声相控阵列，后者连接于MCU主控模块，由前方障碍物聚焦处返回的信号通过接收传感器转换成电信号后，经信号放大及调理模块进行一系列的放大、滤波后送至高速A/D转换模块，最终转换成数字信号并送至MCU主控模块处理；以及 一输出告警模块和一总线接口模块，均连接于MCU主控模块，所述输出告警模块在检测到入侵发生时对外提供一对触点，用来实现声光报警；或者，通过总线接口模块，将报警信号通过通用总线发送给报警控制主机，从而实现报警远程监控与联动。