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摘要：随着现代科技的发展﹐传统的接触测距方法已经不能满足现代工业自动化的要求。测距应用遍及生活各个方面，如建筑行业、机械制造﹑计量科学等领域。本文研究基于24GHz微带天线阵列的人体距离检测系统。基于24GHz微带天线阵列的人体距离检测系统是通过传感器检测人体的呼吸判断人体，再根据时间去计算出距离的一个系统雷达系统通过天线向外发射一列连续调频毫米波，并接收目标的反射信号，发射波的频率随时间按调制电压的规律变化，据多谱勒原理就可以计算出目标距离。通过发送和接收的雷达波来计算人体的距离，然后推导人体距离有无变化。针对于这一方面有医疗需求的人群，能够在保持一定距离的情况下对人体进行实时监护，及时准确地掌握被测者的呼吸情况。
关键词：24GHz微带天线阵列;人体距离检测;呼吸检测;毫米波中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-03-351
一、设计背景
随着现代科技的发展﹐传统的接触测距方法已经不能满足现代工业自动化的要求。测距应用遍及生活各个方面，如建筑行业、机械制造﹑计量科学等领域。本文研究基于24GHz微带天线阵列的人体距离检测系统。基于24GHz微带天线阵列的人体距离监测系统可以应用到日常的生活过程中，针对于对于这一方面有医疗需求的人群，能够在保持一定距离的情况下对人体进行实时监护，及时准确地掌握被测者的呼吸情况。利用微带天线阵列以及毫米波和雷达波的知识实现一个能够检测距离的监测系统。通过发送和接收的雷达波来计算人体的距离，然后推导人体距离有无变化。通过人体距离检测可以衍生出人体呼吸检测，鼾声检测等等。例如可用于车载雷达、用于医学治疗，可用于日常家庭监护、可用于临床应用和自然灾害救助等。通过人体距离检测可以衍生出人体呼吸检测，鼾声检测等等。
二、方案总体设计与原理
（一）系统实现原理
毫米波测距原理：毫米波传感器是在工作中利用毫米波波的特性进行研制分析而产生的一种新型传感器模式。新世纪，随着智能建筑和各项智能化基础设施建设要求的不断提出，由于毫米波是一种振动频率高的电磁波，在这种声波的传输过程中通过能晶片在电压的刺激之下产生一定的发射，进而引起相应设备工作。
毫米波发射器向某一方向发射毫米波、在发射时刻的同时开始计时，毫米波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，毫米波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为光速，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），传感器构这就是所谓的时间差测距法。毫米波发生器在某一时刻发出的一个毫米波信号，当毫米波遇到被测物体后反射回来.就被毫米波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出毫米波发生器与反射物体的距离。
距离计算公式：d=s2=（c+t）12（2-1）
其中d为被测物与测距器的距离，S为声波的来回路程，C为声速，t为毫米波来回所用的时间。
但是这样考有明显误差所以由此引入多普勒效应来进行理论上的改进和计算
普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f1-β2121-βcosθ （2-2）
其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。
图2.2为线性调频连续波（LFMCW）波形，LFMCW利用波形的上升沿同下降沿间的频率差对单个目标距离、速度进行描述。多目标跟踪时，N个目标差拍频率组合方式为N2种，而虚假目标会有N2-N个。
图2.2LFMCW波形基于多普勒效应，当具有单一频率的电磁波与观察者处于相对运动状态时，观察者所接收到波的辐射频率将是变化的，频率的变化量与相对速度成正比，与电磁波源发射波长成反比。当电磁波源与观察者相对运动使距离减小时，频率增高，反之频率减少。当雷达发射固定频率的脉冲波对空间扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率也会出现频率差。
多普勒频率，其关系为fdf∝Vrc或fd∝Vrλ （2-3）
式中fd为多普勒频率;Vr为活动目标相对于电磁波源的相对运动速度;c为电磁波的传播速度;分别为电磁波的频率与波长;表示成正比关系。根据多普勒频率的大小，可测出目标的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离;用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可从强杂波中分辨出目标信号，所以其抗杂波干扰能力较强。多普勒测速测距系统作为一种非接触测量方法已成为国内外的研究热点，它具有测量精度高，测量范围大等特点。
（二）整体方案图
对基于24GHz微带天线阵列的人体测距进行整体方案设计，画出出方案的组织结构图。
参考文献
[1]高频波段微带平面阵列天线的研究与设计-王晓丽，2019
[2]钟顺时.天线理论与技术[D]成都.电子科技大学出版社，2015
[3]段雷.77GHz微带阵列天线的研究[D].哈尔滨工业大学，2016
[4]严建杰.毫米波微带串馈阵列天线的研究[D]南京.东南大学，2018
[5]李国际，毫米波雷达微带相控阵天线研究[D]哈尔滨.哈尔滨工业大学，2016
作者簡介：
涂启锐（1998-），男，汉，四川省眉山市，本科，研究方向：通信工程
徐民伟（1999-），男，汉，四川省成都市，本科，研究方向：通信工程
喻国恩（1997-），男，汉，四川省宜宾市，本科，研究方向：电气工程
吕润生（2001-），男，汉，四川德阳市，本科，研究方向：自动化
关键词：24GHz微带天线阵列;人体距离检测;呼吸检测;毫米波中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-03-351
一、设计背景
随着现代科技的发展﹐传统的接触测距方法已经不能满足现代工业自动化的要求。测距应用遍及生活各个方面，如建筑行业、机械制造﹑计量科学等领域。本文研究基于24GHz微带天线阵列的人体距离检测系统。基于24GHz微带天线阵列的人体距离监测系统可以应用到日常的生活过程中，针对于对于这一方面有医疗需求的人群，能够在保持一定距离的情况下对人体进行实时监护，及时准确地掌握被测者的呼吸情况。利用微带天线阵列以及毫米波和雷达波的知识实现一个能够检测距离的监测系统。通过发送和接收的雷达波来计算人体的距离，然后推导人体距离有无变化。通过人体距离检测可以衍生出人体呼吸检测，鼾声检测等等。例如可用于车载雷达、用于医学治疗，可用于日常家庭监护、可用于临床应用和自然灾害救助等。通过人体距离检测可以衍生出人体呼吸检测，鼾声检测等等。
二、方案总体设计与原理
（一）系统实现原理
毫米波测距原理：毫米波传感器是在工作中利用毫米波波的特性进行研制分析而产生的一种新型传感器模式。新世纪，随着智能建筑和各项智能化基础设施建设要求的不断提出，由于毫米波是一种振动频率高的电磁波，在这种声波的传输过程中通过能晶片在电压的刺激之下产生一定的发射，进而引起相应设备工作。
毫米波发射器向某一方向发射毫米波、在发射时刻的同时开始计时，毫米波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，毫米波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为光速，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），传感器构这就是所谓的时间差测距法。毫米波发生器在某一时刻发出的一个毫米波信号，当毫米波遇到被测物体后反射回来.就被毫米波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出毫米波发生器与反射物体的距离。
距离计算公式：d=s2=（c+t）12（2-1）
其中d为被测物与测距器的距离，S为声波的来回路程，C为声速，t为毫米波来回所用的时间。
但是这样考有明显误差所以由此引入多普勒效应来进行理论上的改进和计算
普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f1-β2121-βcosθ （2-2）
其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。
图2.2为线性调频连续波（LFMCW）波形，LFMCW利用波形的上升沿同下降沿间的频率差对单个目标距离、速度进行描述。多目标跟踪时，N个目标差拍频率组合方式为N2种，而虚假目标会有N2-N个。
图2.2LFMCW波形基于多普勒效应，当具有单一频率的电磁波与观察者处于相对运动状态时，观察者所接收到波的辐射频率将是变化的，频率的变化量与相对速度成正比，与电磁波源发射波长成反比。当电磁波源与观察者相对运动使距离减小时，频率增高，反之频率减少。当雷达发射固定频率的脉冲波对空间扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率也会出现频率差。
多普勒频率，其关系为fdf∝Vrc或fd∝Vrλ （2-3）
式中fd为多普勒频率;Vr为活动目标相对于电磁波源的相对运动速度;c为电磁波的传播速度;分别为电磁波的频率与波长;表示成正比关系。根据多普勒频率的大小，可测出目标的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离;用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可从强杂波中分辨出目标信号，所以其抗杂波干扰能力较强。多普勒测速测距系统作为一种非接触测量方法已成为国内外的研究热点，它具有测量精度高，测量范围大等特点。
（二）整体方案图
对基于24GHz微带天线阵列的人体测距进行整体方案设计，画出出方案的组织结构图。
参考文献
[1]高频波段微带平面阵列天线的研究与设计-王晓丽，2019
[2]钟顺时.天线理论与技术[D]成都.电子科技大学出版社，2015
[3]段雷.77GHz微带阵列天线的研究[D].哈尔滨工业大学，2016
[4]严建杰.毫米波微带串馈阵列天线的研究[D]南京.东南大学，2018
[5]李国际，毫米波雷达微带相控阵天线研究[D]哈尔滨.哈尔滨工业大学，2016
作者簡介：
涂启锐（1998-），男，汉，四川省眉山市，本科，研究方向：通信工程
徐民伟（1999-），男，汉，四川省成都市，本科，研究方向：通信工程
喻国恩（1997-），男，汉，四川省宜宾市，本科，研究方向：电气工程
吕润生（2001-），男，汉，四川德阳市，本科，研究方向：自动化