随着雷达种类的丰富和信号处理技术的成熟,雷达在生活的方方面面都发挥着巨大的作用。雷达的主要作用是根据从目标反射回的信号来估计目标相对雷达的距离、速度以及到达角度等关键数据,进而实现对目标的定位和识别。在众多雷达中,调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达有诸多优势,如硬件成本相对低、实现简单、精度高且能够穿透一些常见的障碍物,现广泛被用于定位和运动检测等领域。本文研究并设计了一款工作在2.7G-3.7GHZ频段,具有4根发送天线和12根接收天线的FMCW雷达,用于实时的检测人体的运动状态。该雷达系统能穿透如屏风、木门、玻璃门等障碍物,以较高精度对单个目标甚至多个目标进行实时定位和运动检测。雷达系统的硬件主要分为五个模块:信号发生器模块、SWITCH模块、天线阵列模块、单片机控制模块以及USRP(Universal Software Radio Peripheral)模块。天线收发的信号是由信号发生器产生的稳定调频连续波。由于用到了4发12收的多天线组合,需要由SWITCH模块和单片机模块来联合控制切换天线,保证在每一个时刻只有一根天线在发送和一根天线在接收。将最终得到的48组天线对数据全部传给USRP模块,进一步通过RJ45接口,上传至PC供后续处理。本文根据FMCW雷达信号的特性,设计了一套实时运动检测的算法:对于在PC上接收到的数据,首先进行相位同步,得到按天线顺序排列的数据帧。接着经过2D-FFT变换,得到距离-角度域的功率谱图像。然后进行背景消除和空间滤波,抑制成像的多径效应。最后根据背景阈值对功率谱图像进行二值化,进而计算每个连通区域的带权质心和像素强度。由此得到包含检测目标质心坐标的热度图图像。由于在实际使用过程中硬件平台长期暴露在室外,其天线容易被损坏进而导致硬件系统无法工作。另外,由于天线数量众多且信号发送间隔很短,对PC端的计算和存储能力有较高的要求。为了解决这两个难题,本文在原有运动检测算法的框架中引入了压缩感知(Compressed Sensing,CS)算法,从少量的接收天线数据中高精度恢复出原来完整的48组天线对数据。由此,可以延长硬件设备的使用周期,降低对PC端计算存储能力的需求;甚至在需要搭建新的同种雷达时,可以降低硬件成本和缩小设备体积。最终经过实验验证,我们的雷达系统在对目标进行定位时,水平方向上的误差为0.148m,垂直方向上的误差为0.076m。当实际正常工作的天线收发对数量大于等于16时,即可完整的恢复出原有的48组天线对收发数据;换言之,在引入压缩感知算法后,只需要原来33%的数据就可以达到最初的检测效果。