雷达探测监控系统方案设计.docx
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雷达探测监控系统方案设计
基于雷达探测的区域监控系统
基于雷达探测的区域监控系统
1概述
随着社会发展,安防工作已成为国家和社会的重要工作,传统的安防设备一般以视频监控为主,特别是边防监控、要害地域外围监控基本上还是以人工巡逻、望远镜等传统方式。
在天气良好的情况下,视频监控可以很好的解读监控问题,但是当出现雨、雪、雾以及黑夜时,视频很难很好的工作,特别是当需要监控的距离较远,例如1Km以上时,视频监控设备需要很多部,并且野外工作组网困难,也存在也易受到破坏,供电、通信线缆铺设施工量大,使用维护成本较高等问题。
本方案中地面监测雷达,即多普勒雷达,其利用多普勒效应进行定位,测速,测距等工作。
其工作原理可表述如下：
当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时,如遇到活动目标,回波的频率与发射波的频率出现频率差,称为多普勒频率。
根据多普勒频率的大小,可测出目标对雷达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。
同时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,可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。
所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强,能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
脉冲多普勒雷达采用可编程序信号处理机,以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性,提高设备的复用性,从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态,使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力；
现代基于雷达探测的区域监控系统可以完美解决视频监控设备的问题,雷达可以全天候24小时工作,并且不受雨、雪、雾以及黑夜的影响,雷达可以监控很远的距离,可以监控大角度、甚至360度监控。
雷达是一种电磁传感器,用来对反射性物体检测和定位,雷达通过天线辐射电磁能量,目标反射回的电磁波被雷达截获后,经过处理检测出目标的距离、速度和方位等信息。
雷达通过测量动目标的位置,可以得到目标轨迹,从而可以判定目标的运动方向,可以对未来位置做出预测。
但是雷达很难完全分辨出目标的类别,难以分辨目标的种类,比如目标是人还是动物。
光电探测系统〔可见光+红外可以对图像信息进行采集,正好可以克服这个缺点,因此雷达和光电探测系统协同工作可实现对大区域范围的监视及识别。
2安全防护系统的目前面临的问题
（1）传统视频监控系统的光电设备存在的问题
●传统的视频监控设备一般分为枪机和球机,但都存在作用距离较短的问题,一般高端的视频监控设备最大监控距离不大于200米。
因夜晚一般采用主动红外光源照射探测的方式,还存在夜晚可视程度较差的问题。
●传统的视频监控设备受天气影响较大,遇到雾雨雪天气探测距离会有较大的损失。
●枪机一般作为定点监控,只对固定角度进行监控。
受视场限制在较远处视场角很小,无法监控较大的范围。
在用于监控时可配合图像处理设备实现目标进行入侵检测、过线检测、动目标检测等功能,但虚警率、漏警率较高,一般用于有人值守式的监控系统,需要人为进行二次判断。
●球机一般作为巡检监控,只对特定的数个角度或固定的运动线路进行监控。
受视场限制在较远处视场角很小,无法监控较大的范围。
在用于监控时因随时在运动很难配合图像处理设备目标检测等功能,基本用于有人值守式的监控系统,需要人为进行持续监控。
（2）采用视频组网监控方式在大范围监控中存在的问题
●因区域安防一般覆盖范围较大,通常在1平方公里以上,传统的视频监控如果需要监控如此大的区域即使安装大量的视频监控设备也无法保证没有监控盲区。
●为保证所有视频设备正常工作,所需要铺设相应的供电线路及通信线缆,工程量巨大。
●因区域安防要实现提前发现,预先告警的目的,那么视频监控设备必须在野外安装,很难有防护措施。
视频设备及线缆网络容易受到人为破坏,造成损失。
●同时因传统的视频监控设备本就是低成本设备,野外环境恶劣会导致设备故障率提高,使用维护成本很高。
●传统的视频监控系统对入侵过程较短,迅速离开的目标无法进行持续跟踪,导致突发事件发生后值班人员无法采取任何措施进行行动。
3区域监控系统总体方案
3.1方案概述
基于上述分析,结合安全防护实际需求和目前所存在的问题提出全新的技防解决方案。
以雷达监控为重点,光电探测系统为辅助实现对区域全面监控预警。
同时,预留数据接口方便系统扩展。
可接入已有的监控系统信号实现一体的安全防护体系。
区域监控系统分为单点监控系统和组网监控系统2种体系架构,单点监控系统适用于监控区域较小〔半径10km内的区域或移动式监控站〔车载或船载平台注：
平台需要到预定地点后展开工作,不能边行进边工作；组网监控系统一般适用于监控区域较大或较长边界线的区域。
3.2系统特点
3.2.1基于雷达探测,实现全局可靠监视
系统采用雷达作为区域监控技术手段,开展全方位的监视。
实现监控区域活动目标定位功能,辅助管控人员进行掌握该区域活动目标态势,实现全局无盲区可靠监视。
雷达探测原理及完善的数字信号处理技术实现零漏警无虚警,确保区域安全的同时不会因常规监视系统高虚警率的问题给管控人员造成"狼来了"的影响。
3.2.2采用虚拟围界,实现警戒区的灵活配置
终端采用GIS显示技术,可根据监视区域的具体情况,可通过雷达终端软件灵活绘制警戒区,对进入警戒区的目标自动报警,实现虚拟围界。
对靠近要害地域的目标提前探测,进行预警探测,对防止突发事件提供可靠的预警信息。
3.2.3利用跟踪探测,实现突发情况后期处置
系统目标跟踪技术,对有突发情况需要关注的目标进行持续跟踪探测,协助处置人员进行持续观察或进行处置行动。
3.2.4无视环境影响,实现全天时全天候工作
雷达设备不受各种恶劣天气影响,确保全天时全天候连续工作,监控区域的目标态势,确保该区域在任何情况下的都处于受控状态。
3.2.5长焦距探测器,确保对远距离目标的识别
光电探测系统采用模块化设计,可根据用户的不同需求配备合适的长焦距探测器,确保对区域最远处目标的探测识别。
可见光探测器最大焦距可配备1000mm的连续变焦镜头,红外热像仪最大可配备500mm的镜头。
3.2.6光雷配合联动,实现发现即看到
系统雷达发现目标可手动选取目标引导或地图位置引导联动光电探测系统对该区域目标进行识别,也可通过设置警戒区实现自动联动即有目标进入警戒区自动引导光电对该目标进行探测识别。
3.2.7目标跟踪处理,实现对目标的持续观测
雷达可对选取的目标进行持续跟踪并形成历史轨迹。
光电探测系统可对需要关注的动目标进行持续跟踪〔需选配视频跟踪器,保持目标始终在视场内中心位置。
方便用户对目标动态实时掌控。
3.2.8智能分析处理,实现无人值守
系统采用雷达自动搜索监视态势,通过警戒区设置自动进行预警并联动光电系统进行探测录像,确保无人值守状态下的预警探测,达到无告警即无警情,有警情即有记录的效果。
3.2.9架设方便简单,实现最小工程量安装
系统各设备安装简单,一般安装在现有最高建筑物顶部即可,确保监视区域的通视。
供电采用市电,工作功率较小,单点通信仅需一根网线即可〔也可采用无线网桥。
监控室内仅需终端计算机和必要的通信设备。
3.2.10质量性能可靠,基本实现免维护使用
系统各设备采用军品设计,各器件及模块按军品工艺流程生产,确保产品质量。
雷达可连续不间断工作只许每年进行半小时维护,光电转台只需长期使用一定时间后擦拭镜头污垢。
3.3单点监控系统概述
一般以所要监控的区域中心附近的工作或生活区域为监控点,监控点架设高塔布置前端监视设备雷达、光电监视设备,终端设备就近部署在该区域监控室。
通过雷达搜索覆盖的监控区域,全面监控该区域内的各类活动目标,并在监控平台进行监控显示。
对进入工作区域、生活区域、野外设备区域等警戒区域的目标进行提示预警,并自动引导光电监视设备进行探测识别。
对逃逸的可疑目标可通过雷达及光电监视设备进行跟踪,为实施抓捕提供可靠的路途信息。
3.3.1单点监控系统组成
单点监控系统分为室内和室外两大部分,室外部分由雷达头、光电转台、视频编码器、网络交换机组成。
室内设备由网络交换机、雷达显控终端、光电显控终端组成。
系统框图如下图1所示
图1单点监控系统组成框图
（1）室外部分各模块功能说明
●雷达头：
用于实现对该区域的目标扫描,形成原始目标数据。
●光电转台：
用于实现对该区域的目标探测识别。
●视频编码器：
用于实现对各类探测器视频输出接口的格式转换〔H.264,方便视频的远距离传输。
●网络交换机：
用于实现数据的通信交互。
（2）室外部分各模块功能说明
●网络交换机：
用于实现数据的通信交互。
●雷达显控终端：
用于实现对雷达原始目标数据的二次处理及参数设置。
●光电显控终端：
用于实现对光电转台的控制及参数设置。
3.3.2单点监控系统工作流程概述
（1）监控点部署前端探测设备〔雷达、光电探测系统将探测到的信息数据发送到监控室。
（2）系统根据预设的警戒区域对非法入侵的目标进行提示预警；
（3）光电探测系统根据预警信息自动调转,对该预警区域的目标进行识别,也可由操作人员手动操作对可疑目标进行识别；
（4）预警数据从出现到排除,系统将自动记录其过程的各类探测数据及视频资料,以便日后查证；
3.3.3主要功能
系统主要具有搜索发现、跟踪识别、定位报警等功能。
（1）搜索发现
系统主要采用地面监视雷达、光电球机作为探测前端,实现监控区域内活动目标的搜索探测、定位和识别；从而实现全方位、全天候搜索发现活动目标。
（2）跟踪识别
系统能跟踪探测区域内的活动目标,实时显示防卫区域内报知的活动目标的运动轨迹,并对其进行图像识别、显示和存储。
（3）定位报警
可在电子地图显示雷达及光电设备探测监控范围。
通过各种前端探测设备联动可准确提供目标坐标信息,并可实时显示目标的位置信息和实时运动轨迹。
还可在电子地图上人工设置任意形状的多个报警区、报警线,可对报警区内和越过报警线的移动目标进行自动声光告警。
（4）定位抓捕
对已锁定的可疑目标可全程进行雷达、光电进行跟踪,实现对可疑目标的跟踪定位,协助处置力量进行处置行为,让其无法逃离。
3.3.4单点监控系统主要设备介绍
（1）地面搜索雷达
我公司现有4款不同距离的地面搜索雷达,分别为FD-1、FD-2、FD-3、FD-3A四个型号。
具体雷达参数请看附件。
地面搜索雷达是全相参的连续波体制雷达,用来发现、监视、跟踪、测量地面的活动目标,这些活动目标对象可以是人、车辆、船舶或低空飞行的直升机、无人机等。
将这些目标的运动信息按照规定的格式传输上报给监控室,以便随时掌握监控区域的运动目标的实时相关信息。
雷达整体由雷达罩进行覆盖,确保恶劣天气下不会对雷达工作状态产生任何影响,雷达的外形如下图2所示。
图2地面搜索雷达外形图
（2）光电探测设备
我公司现有2款不同用途的光电探测设备,分别为FD-P1、FD-P2两个型号。
具体光电探测设备参数请看附件。
●FD-P1型光电探测设备适用于一般用户要求,采用高精度云台作为负载转动平台。
作为中低端智能化监控设备,该云台机身和外壳都采用高强度铝合金材料,外观设计不仅美观而且都采用抗强风结构设计,具有掉电自锁功能,内部结构采用抗震设计,能够满足大部分场合的应用,此款云台具有可靠变速,360°水平无限位连续旋转,自动扫描,自动巡航,守望,等功能。
最大负载重量不少于25kg。
云台包括方位旋转部分和俯仰旋转部分两个相互垂直的轴系,两探测器负载部分分别安装在俯仰轴的两侧。
整体结构呈T型。
云台采用防水、防盐雾、防腐蚀等设计,而且俯仰角度范围大,水平360度无限位,观测范围大,适合河面、海域等监控。
其外观示意图如下图3所示：
图3FD-P1型光电探测设备
●FD-P2型光电探测设备适用于高端用户要求,采用高精度转台作为负载转动平台。
作为高端智能化监控设备,该转台机身和外壳都采用高强度铝合金材料,外观设计采用球形结构不仅美观而且都利于抗强风,具有在线自主监测功能,实施监测设备各模块的工作状态。
内部结构采用抗震设计,能够满足一些特殊场合的应用,此款转台具有高速度控制带宽,适用于跟踪角速度高的运动目标进行持续观察。
转动速度范围很大,360°水平无限位连续旋转,自动扫描,自动巡航等功能。
最大负载重量不少于50kg。
转台包括方位旋转部分和俯仰旋转部分两个相互垂直的轴系,两探测器负载部分安装在俯仰轴的中心。
整体结构呈U型。
转台采用防水、防盐雾、防腐蚀等设计,而且俯仰角度范围大,水平360度无限位,观测范围大,适合高寒地域、恶劣环境地域等监控。
其外观示意图如下图4所示：
图4FD-P2型光电探测设备
（3）监控室设备
监控室主要设备包括雷达显控终端和光电显控终端。
●雷达显控终端
雷达显控终端界面如下图5、图6所示：
图5雷达显控终端界面
图6雷达显控终端界面叠加显示视频
雷达显控主要功能包括雷达的参数设置,目标态势显示,报警区绘制,引导光电等功能。
具体描述如下：
a）参数设置功能：
可对雷达工作参数进行设置,包括搜索速度、目标过滤门限、目标显示方式等。
b）目标态势显示功能：
可叠加卫星俯视图或地理地图作为态势背景显示,可直观明确目标所在的地理位置。
c）报警区绘制功能：
可绘制任意形状报警区,当有目标入侵报警区时自动声光报警提示。
d）目标跟踪功能：
可对所关注的目标进行人工选取,选取后雷达会对该目标将持续进行跟踪,形成航迹在态势中显示。
e）引导光电功能：
可通过光电地图引导功能直接在地图中选取需要关注的位置,光电系统将迅速调转光轴到指定位置；也可对雷达已跟踪的目标进行持续随动跟踪；还可根据报警设置,在有目标触发报警后自动引导光电调转光轴到该目标位置进行观测。
注：
雷达引导光电采用方位角度直接引导,俯仰角度通过目标距离和目标与雷达位置的高度差数值进行计算得到,如果在高程起伏比较大的地域俯仰角度计算会存在一定的误差。
●光电显控终端
光电显控终端界面如下图7所示：
图7光电显控终端界面
光电显控主要功能包括光电探测系统的参数设置,转台/云台的人工操作,设备的运行状态信息显示等功能。
具体描述如下：
f）参数设置功能：
可对光电探测系统工作参数进行设置,包括定时巡检、巡视设置、相机参数设置等。
g）人工操作功能：
可通过人工操作控制转台转动的方向及速度,选取当前显示视频通道〔红外/可见光,镜头的变焦、聚焦。
加装视频跟踪器的设备可控制对关注目标的捕获跟踪。
h）设备运行状态监测：
实时监测系统各模块的工作状态,当出现异常时主动提示相关信息。
i）工作模式切换：
可选取当前工作模式是人工模式或引导模式,在人工模式下系统接收人工控制；在引导模式下系统接收雷达的引导控制,根据雷达的引导数据进行随动。
3.4组网监控系统概述
一般以所要监控的区域配合设备的作用距离进行平均分布式布设,监控点架设高塔布置前端监视设备雷达、光电监视设备,通过雷达搜索覆盖的监控区域,全面监控该区域内的各类活动目标,并在地理信息系统进行数据融合显示。
对进入工作区域、生活区域、野外设备区域等警戒区域的目标进行提示预警,并自动引导光电监视设备进行探测识别。
对逃逸的可疑目标可通过雷达及光电监视设备进行跟踪,为实施抓捕提供可靠的路途信息。
3.4.1组网监控系统组成
组网监控系统为两级管理架构,监控分中心一级可最多管理8套前段监控点,多个监控分中心汇聚到监控中心统一进行管理。
其整个网络架构如下图8所示：
图8组网监控系统组成框图
3.4.2组网监控系统工作流程概述
（1）各监控点部署前端探测设备〔地面监视雷达、光电设备将探测到的信息数据上报一线处置单位。
各监控点探测信息均汇集在一线处置单位进行统一管理,为该单位实时提供所管辖区域内所有目标信息。
（2）一线处置单位〔监控分中心的监控平台将各前端探测设备探测到的数据进行融合形成局部综合态势；
（3）监控平台根据预设的警戒区域对非法入侵的目标进行提示预警；
（4）监控点所分控区域的光电监视设备根据预警信息自动调转,对该预警区域的目标进行识别,也可由监控中心〔分中心、中心可根据现有权限进行控制操作人员手动操作对可疑目标进行识别；
（5）各监控分中心将局部态势信息以及光电探测视频数据上报给监控中心；
（6）监控中心将各监控分中心的局部综合态势进行综合,形成该地区全局态势,为控管人员提供全局信息。
（7）监控中心将全局态势数据下传至各监控分中心,方便监控分中心对临近区域态势进行了解,加强局部区域间的配合和协调。
（8）监控分中心根据预设的判定规则〔如入侵重点保护区域的距离等,可自动区分目标危险等级,也可人工标示目标危险等级。
（9）低级危情由监控分中心进行对所控区域进行处置,如对于陆地发现可疑目标时,可派巡逻车快速机动到目标出现地点进行查证,如果有犯罪行为人员,则进行扣留；
（10）高级危情由监控分中心上报监控中心,由监控中心调配处置力量进行处置；
（11）监控中心对各监控分中心前端探测设备拥有高级控制权限,可通过远程控制接管任意前端探测设备,为管控及时了解前端信息提供必要支持。
（12）各类危情从出现到排除,系统将自动记录其过程的各类探测数据及视频资料,以便日后查证；
3.4.3组网监控系统主要设备介绍
（1）地面搜索雷达
（2）光电探测设备
（3）监控分中心主要设备
监控室主要设备包括雷达二次数据处理计算机、光电控制处理计算机〔参见3.3.4、态势指挥显示平台及大屏幕显示系统。
●雷达二次数据处理计算机
雷达二次数据处理计算机主要完成对前端多部雷达原始数据的后台二次处理,形成目标解算数据发送给态势指挥显示平台。
●光电控制处理计算机
光电控制处理计算机主要完成对前端多部光电探测系统自动运行的后台控制及人工操作的前台分时控制。
●态势指挥显示平台
态势指挥显示平台主要完成目标的态势显示以及前端单点信息的分时调用显示。
其界面如下图9所示：
图9态势指挥显示界面
●大屏幕显示系统
分中心大屏幕显示系统可将所关系的界面进行投影显示,方便众多用户同时观测,其效果图如下图10所示：
图10大屏幕显示系统效果图
（4）监控中心主要设备
监控室主要设备包括雷达分控终端、光电分控终端、综合态势平台、GIS服务器及大屏幕显示系统。
●雷达分控终端
雷达分控终端主要完成对前端各部雷达参数设置及警戒区配置,该终端放在监控中心是根据调研多个用户结果设计的,避免分中心操作人员因各种原因的不当操作会造成系统不正常工作。
●光电控制处理计算机
光电分控终端主要完成对前端各部光电设备的参数设置及越级控制,该终端放在监控中心是根据调研多个用户结果设计的,可保证监控中心有较高的权限直接接管控制光电设备,避免造成多用户操作冲突。
●态势指挥显示平台
综合态势平台主要完成各监控分中心处理过的目标的态势显示、GIS的功能服务以及前端单点信息的分时调用显示。
●大屏幕显示系统
监控中心大屏幕显示系统可将所关系的界面进行投影显示,方便众多用户同时观测,其效果图如下图10所示：
图10大屏幕显示系统效果图
3.4.4监控中心及分中心主要功能
1数据融合综合显示功能
●支持标准二维地图格式文件的导入
●支持标准GIS三维地图格式文件的导入
●支持对态势显示的局部放大或缩小
●对不同速度的目标区别于不同颜色,各目标附属显示主要目标特征
2电视墙智能控制功能
●支持多种组合下的DLP显示墙〔主屏,组合数量可根据需要进行配置。
●支持多个数量的LED显示屏〔辅屏,显示内容可进行人工选取控制或按既定规则自动切换控制。
●显控端可控制主屏的显示内容,也可控制主屏进行分屏显示各数据源的独立内容。
●显控端可控制切换辅屏的显示内容,能够通过网络视频访问提起网络端的实时视频
3布防预警功能
●显控端可在人工设定警戒区、警戒线、警戒等级以及警告形式等参数信息,根据所设定的预警信息进行自动告警,警告形式包括声音告警〔多种警报声音及声音音量,灯光〔灯光警报器的闪烁频率、警戒区域的屏幕闪烁。
4权限管理功能
●通过视频会议系统或话务系统直接呼叫监控分中心或直属的处置力量进行指挥
●通过高级控制权限直接接管前端光电监视设备进行控制
●通过高级控制权限赋予监控分中心对前端雷达设备的控制权
●通过高级控制权限直接接管监控分中心设备的控制权
5数据分享功能
●可将综合数据分发给所属监控分中心,分发数据内容和范围可人工设定参数
●可将综合数据分发给其他,分发数据内容和范围可人工设定参数
6数据存储回放功能
●能够通过回放软件按照监视状态回放指定时间段内的监控数据及视频数据
●数据库与数据记录仪由同一个服务器实现
●记录存储介质：
〔活动双硬盘型或光盘型
●记录刷新方式：
FIFO
●记录保存时间：
≥30天
4附件
4.1各型号地面监视雷达主要技术指标
FD-1地面搜索雷达
序号
条目
指标
备注
1
雷达体制
线性调频连续波雷达体制
2
最大探测距离
≥8km〔自然人
≥15km〔车辆
≥10km〔小木船
3
测量精度
方位测量精度〔rms≤0.8°
距离测量精度〔rms≤15m
4
探测范围
周扫监视模式：
360°
重点区域监视模式：
扇扫任意设置角度
俯仰波束角度：
20°
5
搜索速度
6°/S,l2°/S,24°/S；
三挡可设
6
可探测目标速度
〔0.5—60m/s
7
雷达重量
雷达主体：
≤35kg
8
连续工作时间
7×24小时
市电工作状态
9
多目标处理能力
TWS跟踪：
10批
10
抗干扰能力
具有抑制同频异步干扰的能力；
具有抗地杂波、海浪杂波和气象杂波能力；
11
装载方式
固定式与车载式
12
可靠性维修性
MTBCF：
≥20000小时；
MTTR：
≤0.5小时
13
接口
以太网
14
尺寸
雷达前端：
Ø676mm×550mm；
15
环境适应性
工作温度：
-20℃～+55℃；
储存温度：
-25℃～+65℃。
湿度：
+35℃条件下,≥<95±3>%；
防雨能力：
中到大雨；
防沙尘、防盐雾；
FD-2地面搜索雷达
序号
条目
指标
备注
1
雷达体制
线性调频连续波雷达体制
2
最大探测距离
≥4km〔自然人
≥6km〔车辆
≥6km〔小木船
信号处理仅处理6km的目标数据,如果客户需要可增加处理距离
3
测量精度
方位测量精度〔rms≤0.5°
距离测量精度〔rms≤10m
4
探测范围
周扫监视模式：
360°
重点区域监视模式：
扇扫任意设置角度
俯仰波束角度：
20°
5
搜索速度
30°/S,60°/S；
两挡可设
6
可探测目标速度
〔0.5—60m/s
7
雷达重量
雷达主体：
≤25kg
8
连续工作时间
7×24小时
市电工作状态
9
多目标处理能力
TWS跟踪：
10批
10
抗干扰能力
具有抑制同频异步干扰的能力；
具有抗地杂波、海浪杂波和气象杂波能力；
11
装载方式
固定式与车载式
12
可靠性维修性
MTBCF：
≥20000小时；
MTTR：
≤0.5小时
13
接口
以太网
14
尺寸
雷达前端：
Ø600mm×350mm；
13
环境适应性
工作温度：
-20℃～+55℃；
储存温度：
-25℃～+65℃。
湿度：
+35℃条件下,≥<95±3>%；
防雨能力：
中到大雨；
防沙尘、防盐雾；
FD-
升级会员 