用于机舱内藏匿的小微动物检测仪、方法及生物雷达传感器

摘要

本发明属于航空安全检测技术领域，公开了一种用于机舱内藏匿的小微动物检测仪、方法及生物雷达传感器，用于机舱内藏匿的小微动物检测仪用于对小微动物的生命体征信息进行采集，用于机舱内藏匿的小微动物检测的JC122生物雷达传感器为10个；小微动物检测仪包括：JC122生物雷达传感器、信号预处理及多路信息合成模块、信号均衡处理模块、小微动物生命体征信息提取模块、信息增强模块、无线数传模块、PDA软件智能判别设备，采用锂离子电池进行供电。本发明多台一次同步检测，提高工作效率；同时，可指示小微动物在机舱内所处区域，实现2×10米长距离生命体征信息水平全方位检测，满足各型飞机的检测使用要求。

说明书

技术领域

本发明属于航空安全检测技术领域，尤其涉及一种用于机舱内藏匿的小微动物检测仪、方法及生物雷达传感器。

背景技术

目前，机舱内藏匿的小微动物事关飞行安全、外来物种侵害以及防疫等，是困扰海关和航空等部门的难题。随着国际化进程的加快，此问题使海关和航运部门工作压力越来越大。

由于航运飞机执飞时间性强，不可能让每架飞机停飞、而定期全面进行杀灭。如何对存在鼠害飞机有的放矢的进行杀灭、避免无目的杀灭而造成不必要的损失，首先，需要甄别机舱内是否“有”或“无”小动物；其次，才能有针对性的进行杀灭。

目前，国内外仍采用原始手段，通过机组人员目测发现小动物(比如：老鼠。以下均以老鼠为例说明)痕迹，来判断机舱内“有”或“无”老鼠。即原始方法通过处于表面和明显处的老鼠遗留物(如：粪便)，确定机舱内“有”或“无”老鼠存在。

通过上述分析，目前尚无任何技术手段用以确定和发现机舱内是否存在鼠害，仅通过人员目测等原始方法予以确认。人员目测方法存在的问题及缺陷为：

现有方法对于航空器等运载工具表面没有小动物遗留物则无法判断，而造成漏判；另外，人工方式具有滞后性。因此现有方法对机舱内老鼠等小动物尚无有效技术手段进行侦测和检测。

解决以上问题及缺陷的难度为：

1)、鼠类等小微动物雷达反射回波极其微弱：

生物雷达检测动物时，是根据动物体表对雷达反射的回波信号进行检测的。动物体表面积越大，其雷达反射回波信号越强，越容易检测；反之，动物越小，其体表面积也越小，其雷达反射回波信号越微弱，越难于检测。

比如：检测成年人比检测婴幼儿容易；检测小动物比检测小微动物容易。

通常动物体重与其体表面积成正比。体重越轻、体表面积越小，越难于检测。

大鼠和小鼠的体重在十几克到二百多克之间。生物雷达远距离(10米)检测小鼠生命体征信息时，其信号幅度在微伏级以下；

对于微弱信号的采集和处理，众所周知：

一是电路的电子噪声在微伏级，微伏级的生命体征信息湮没在电子噪声中；

二是高灵敏检测仪器极易受到外界环境干扰。

这就要求：信号预处理电路的噪声低；采取信号增强方法；从噪声中识别和提取生命体征信息。

2)、通过基础研究，得到《生物雷达对鼠类等小微动物的响应特性研究》

3)、通过基础研究，得到《鼠类等小微动物生命体征的特征研究》

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明采用低噪声预处理电路；同时，在检测仪的前、后方向各采用4个JC122生物雷达传感器，对远距离范围(飞机的纵向)的鼠类生命体征信息进行累加增强，并合成一路信号；仪器的左、右两个侧面，由于受飞机宽度限制，检测距离较近，所以两个侧面各采用1个JC122生物雷达传感器；检测仪四周布置的10个JC122生物雷达传感器实现检测区域内水平全方位检测。

通过《生物雷达对鼠类等小微动物的响应特性研究》(定距离)，确定JC122生物雷达传感器对鼠类时频两域的响应特性，进而制定检测仪的设计方案和技术方案。

通过《生物雷达对鼠类等小微动物的响应特性研究》(不同距离)，确定JC122生物雷达传感器对鼠类时频两域响应的衰减及变化特性，以便对远距离的微弱生命体征信息予以提升、对近距离的较强生命体征信息予以适当压缩，即：信号均衡处理。

通过《鼠类等小微动物生命体征的特征研究》，根据其生命体征的特征，进行识别和提取。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于机舱内藏匿的小微动物检测仪、方法及生物雷达传感器。

本发明是这样实现的，一种用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测仪，应用航空器等运载工具，包括：

安装JC122生物雷达传感器的机箱，前、后面板内里四角各安装生物雷达传感器，左、右两个侧面内里居中各安装生物雷达传感器；

信号预处理模块：用于对所述前、后面板内里四角各安装生物雷达传感器，左、右两个侧面内里居中各安装生物雷达传感器的输出信号进行独立同步预处理；

信息合成增强模块：对经过预处理后的所述前、后面板内里四角各安装生物雷达传感器、左、右两个侧面内里居中各安装生物雷达传感器的输出信号进行累加处理、并合成一路信号，提高远距离的小微生物体发射回波信号强度；

信号均衡处理模块：用于对经过所述信息合成增强模块合成处理后的前部雷达波、后部雷达波远距离和近距离回波信号进行信号均衡处理；

还用于对用于对经过所述信息合成增强模块合成处理后左侧面雷达波、右侧面雷达波远距离和近距离回波信号进行信号均衡处理；

小动物生命体征信息提取模块：用于针对小微动物生命体征信息特征，采取相关累积处理技术进行累积增强；在经过时频域转换分析后，自动识别并提取小微动物生命体征信息；

无线数传模块：用于对处理后的前部波形、后部波形、左侧面波形和右侧面波形，通过无线数据传送方式发送给智能判别设备；

智能判别设备：用于对接收到的波形进行智能判别，输出检测结果，并给出小微动物的位置。

进一步，智能判别设备包括手持电脑PDA。

进一步，所述所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测仪包括：

电源：采用锂离子电池进行供电。

进一步，所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测仪布置在航空器运载工具内不同位置，进行小微动物生命体征信息的检测。

本发明提供一种用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测方法，应用于航空器运载工具，所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测方法包括：

四个方向安装的生物雷达传感器对小微微动物生命体征信息进行检测；

将检测后的小微微动物生命体征信息进行经过预处理、累加合成增强、信号均衡处理后，提取小微动物生命体征信息；

利用相关累积增强技术，对提取的小微动物生命体征信息进行增强；根据小微动物生命体征特征，再经时频域变换进行自动识别；

将自动识别后的波形，通过无线数据传送方式发送给智能判别设备进行智能判别，给出检测结果。

进一步，所述预处理包括：生物雷达传感器的输出信号首先在时域和频域进行预处理，降低小微动物生命信息频域外的干扰信号，提升生命信息的信号幅度，得到一定的信噪比信号。

所述累加合成增强包括：

安装在机箱前、后面板上，各4个生物雷达传感器而言。由于机舱纵向检测距离远，小微动物的生命体征信息非常微弱，故在机箱前、后面板上各安装4个生物雷达传感器；

同方向安装的4个生物雷达传感器的输出信号，具有同频、同相特性，且幅值相近。

设4个生物雷达传感器的输出分别为V(t)1、V(t)2、V(t)3、V(t)4，前面板(或后面板)4个生物雷达传感器的合成输出为V(t)，采用集成加法运算，可得到

V(t)＝V(t)1+V(t)2+V(t)3+V(t)4≈4V(t)1

即：4个生物雷达传感器的输出信号经过累加合成后，信号得到增强。

所述信号均衡处理包括：由于生物雷达传感器对远、近距离的输出信号响应差异较大(空间环境下，电磁波衰减量2～3倍/米)，导致近距离处的生命体输出信号很强，而远距离处的生命体输出信号很弱。

本发明采用对数运算对远距离处的生命信息予以增强，对近距离出的生命体信息予以压缩处理。即，信号均衡处理。

所述相关累积增强包括：

采用积分运算，对微弱生命体信息进行相关累计增强。

进一步，通过手持电脑PDA对接收到的处理后的波形进行智能判别，给出检测结果。

本发明的另一目的在于提供一种用于机舱内藏匿的小微动物检测的生物雷达传感器，应用于用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测仪，所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的生物雷达传感器用于对小微动物的生命信息进行检测。

所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的生物雷达传感器安装在机箱前、后面板各4个生物雷达传感器，左、右两个侧面各安装1个生物雷达传感器，用于实现2×10米长机舱距离范围内的鼠类生命体征信息水平全方位检测。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

检测仪四周安装的生物雷达传感器对小微动物生命体征信息进行水平全方位检测；

检测仪四周的采集信号经过预处理、累加合成增强、信号均衡处理后，提取小动物生命信息；

将处理后的波形，通过无线数据传送方式发送给智能判别设备进行智能判别，给出检测结果。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

检测仪四周安装的生物雷达传感器对小微动物生命体征信息进行检测；

检测仪四周安装的生物雷达传感器输出信号经过预处理、累加合成增强、信号均衡处理后，提取小微动物生命信息；

将处理后的波形，通过无线数据传送方式发送给智能判别设备进行智能判别，给出检测结果。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明采用雷达生命信息检测方法，对飞机机舱内是否“有”或“无”小动物进行检测和甄别。

相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：

本发明采用技术手段，对航空器内的小微动物检测尚无报道。采用生物雷达技术手段检测小微动物检测尚无报道。

本发明采用十个生物雷达传感器，实现2×10米长距离、水平全方位检测的方法；

本发明把多台《航空器等运载工具内小微动物智能检测仪》，分段放置在机舱内，覆盖整个机舱，实现多台一次同步检测，提高工作效率；同时，可指示小动物在机舱内所处区域。检测过程中，飞机处于落地停车状态，检测人员处于停机坪上，通过无线传输、用手持式PDA远距离接收位于机舱内的检测仪的检测结果。

本发明检测方法科学，操作简单，且便于实施，采用多个生物雷达传感器提升检测灵敏度，降低了单个生物雷达传感器的难度和成本；重量轻、耗电量低，连续工作时间长。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的雷达对小白鼠的响应效果图。

图2是本发明实施例提供的雷达对大白鼠的响应效果图。

图3本发明实施例提供的检测仪内部生物雷达传感器分布安装实物图(检测仪四周展开、平铺图)。

图4本发明实施例提供的生物雷达安装及分布实物图(顶视图)。

图5本发明实施例提供的机舱内放置方式效果图。

图6本发明实施例提供的多台SJ1014检测仪分段放置在机舱内，同步检测覆盖整个机舱效果图，图中的M1/M2/M3/M4/M5为检测仪。

图7本发明实施例提供的航空器等运载工具内小微动物检测仪(SJ1014检测系统)信号处理流程方框图；

图中：1、JC122生物雷达传感器；2、信号预处理模块；3、信号累加合成增强模块4、信号均衡处理模块；5、小动物生命体征信息识别及提取模块；6、无线数传模块；7、智能判别设备；8、电源配置。

图8本发明实施例提供的航空器等运载工具内小动物检测仪原理框图。

图9(a)本发明实施例提供的所用JC122生物雷达传感器外形照片。

图9(b)本发明实施例提供的所用JC122生物雷达传感器的引脚及尺寸图。

图10本发明实施例提供的机舱内小微动物检测仪机箱外形图。

图11本发明实施例提供的前、后、左、右四个面，JC122生物雷达传感器的辐射方向和角度示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于机舱内藏匿的小动物检测的生物雷达、小动物检测仪及检测方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明提供一种用于机舱内藏匿的小微动物(体重在十几克到几百克的动物，常见的有大鼠和小鼠，下同)检测的生物雷达传感器，用于对小微动物遗留物信息进行检测。应用于用于机舱内藏匿的小微动物检测的检测仪。

所述用于机舱内藏匿的小微动物检测的生物雷达传感器安装在机箱前、后面板各4个生物雷达传感器，左、右两个侧面各安装1个生物雷达传感器，相对180°安装，用于实现2×10米长距离信息检测。

检测仪工作方式：飞机落地停车状态下，进行检测作业。

下面结合具体实验及实验数据对本发明作进一步描述。

实验：

通常，生物雷达用于人体等生命信息检测。

由于人体体表面积远大于小动物(小鼠重量：十几克，大鼠重量：一百多克)，小动物的体表面积相对于人体而言，可以忽略不计。小动物生命信息及行为特征与人体生命信息不同，生物雷达的响应也不同。因此，小动物的雷达回波信号无法参照人体生命信息信号进行设计。必须进行基础研究工作后进行针对性设计。

本发明进行如下基础实验：

鼠类等小型哺乳动物生命信息及行为的雷达时频域响应实验。

不同距离，雷达对鼠类等小型哺乳动物生命信息的检拾灵敏度实验。

鼠类等小动物不同状态下的雷达响应实验如图1雷达对小白鼠的响应效果。如图2雷达对大白鼠的响应效果图。

本发明根据基础结果和使用环境，采用低噪声、高灵敏度的JC122生物雷达传感器。如图3JC122生物雷达传感器实物图。如图4雷达安装分布实物图。

测试方法：

(1)检测仪前、后面板上各安装有四个生物雷达传感器，实现2×10米长距离检测的方法。

每个面板上安装的四个生物雷达，其合并可有效增强采集信号幅度，降低了后续处理难度，满足长距离检测。

图3和图4是实现2×10米长距离检测的生物雷达安装实物图。机舱内放置方式效果图如图5。

(2)对长度大于20米距离的机舱，采用多台同步分段检测予以全机舱覆盖检测。

比如：机舱长度为100米时，可用5台同步进行检测，如图6所示。

多台检测仪分段放置在机舱内，实现一次同步检测，提高工作效率；同时，根据检测到老鼠的检测仪所处位置，可指示小动物在机舱内的区域。也可根据仪器排列顺序和检测结果指示顺序给出老鼠运动方向。如图6(多台SJ1014检测仪分段放置在机舱内，同步检测覆盖整个机舱)所示。图6中M1/M2/M3/M4/M5为检测仪。

当编号M1检测仪的右向和编号M2检测仪的左向发现老鼠时，根据M1、M2所处位置可确定老鼠所处区域。

当编号M2检测仪的左向发现老鼠，其后编号M1检测仪的右向发现老鼠，即可确定老鼠的活动方向。

(3)如图7所示，SJ1014检测系统包括：

JC122生物雷达传感器1：每台检测仪上，安装有十个生物雷达传感器(如图3和图4所示)。用于感应和采集小微动物的生命信息。当有小微动物存在时，JC122发射的雷达波经动物体表反射的雷达回波(调制有动物生命信息)返回到JC122生物雷达传感器；生物雷达传感器把接收到的、载有动物生命信息的感应信号转换成具有一定驱动能力的电信号。

信号预处理模块2：生物雷达的输出信号经过预处理，对JC122生物雷达传感器的输出信号进行干扰抑制和幅度提升处理，提高信号的强度。

信号累计合成增强模块3：检测仪的前部和后部均采用四个平行安装的JC122生物雷达传感器，用于提升机舱纵向检测距离(±10米距离，距离越远信号越微弱)的信号强度。四个生物雷达传感器输出的四路同相信号经过“累加合成增强处理模块”处理后，合成一路信号。提升机舱纵向检测距离的信号幅度。

信号均衡处理模块4：用于对远距离处的微弱信息做有效提升处理、对近距离处的较强信息做适当压缩处理。由于雷达波回波信号，10米处信号强度比1米内信号强度弱1000倍，经过信号均衡处理后，提高远、近距离信号一致性。

小微动物生命特征识别及提取模块5：根据小微动物的生命特征的基础研究结果，在时频两域对湮没在干扰和噪声中的鼠类生命信息进行识别和提取。

无线数传模块6：对经过处理的检测仪四周的信号，通过无线链接方式，发送给智能判别设备。

智能判别设备7：采用PDA(手持电脑)接收检测仪发送的信号，对信号进行智能判别，并给出检测结果。

电源配置8：根据各部分模块需要，分配和配置电源，电源采用锂离子电池供电。

本发明航空器等运载工具内机舱内藏匿的小动物检测方法包括：

十个生物雷达传感器：每台检测仪上，安装十个生物雷达传感器(如图3和图4所示)。图8为SJ1014机舱鼠类生物雷达检测仪系统方框图。

信号预处理及累加合成增强：检测仪的前、后部各安装的四个生物雷达传感器输出信号经过预处理和累加合成增强，提高信号的强度。

信号均衡处理：由于雷达波回波信号，10米处信号强度比1米内信号强度弱1000倍以上，经过信号均衡处理后，提高远、近距离信号一致性。

小动物生命特征信息识别和提取：根据基础研究结果，在时频两域识别并提取小动物生命信息。

无线数传：经过上述处理后的波形，通过无线数据传送方式发送给PDA接收。

PDA：手持电脑PDA对接收到的波形进行智能判别，给出检测结果。

电源：整机采用锂离子电池供电。

在本发明中，所述预处理包括：生物雷达传感器的输出信号首先在时域和频域进行预处理，降低小微动物生命信息频域外的干扰信号，提升生命信息的信号幅度，得到一定的信噪比信号。

所述累加合成增强包括：

安装在机箱前、后面板上，各4个生物雷达传感器而言。由于机舱纵向检测距离远，小微动物的生命体征信息非常微弱，故在机箱前、后面板上各安装4个生物雷达传感器；

同方向安装的4个生物雷达传感器的输出信号，具有同频、同相特性，且幅值相近。

设4个生物雷达传感器的输出分别为V(t)1、V(t)2、V(t)3、V(t)4，前面板(或后面板)4个生物雷达传感器的合成输出为V(t)，采用集成加法运算，可得到

V(t)＝V(t)1+V(t)2+V(t)3+V(t)4≈4V(t)1

即：4个生物雷达传感器的输出信号经过累加合成后，信号得到增强。

所述信号均衡处理包括：由于生物雷达传感器对远、近距离的输出信号响应差异较大(空间环境下，电磁波衰减量2～3倍/米)，导致近距离处的生命体输出信号很强，而远距离处的生命体输出信号很弱。

本发明采用对数运算对远距离处的生命信息予以增强，对近距离出的生命体信息予以压缩处理。即，信号均衡处理。

所述相关累积增强包括：

采用积分运算，对微弱生命体信息进行相关累计增强。

本发明实施例提供的所用JC122生物雷达传感器外形照片如图图9(a)所示，所用JC122生物雷达传感器的引脚及尺寸图如图9(b)所示。

本发明实施例提供的机舱内小微动物检测仪机箱外形图如图10所示。

本发明实施例提供的“机舱内小微动物检测仪”十个JC122生物雷达传感器的内部安装分布中，前、后、左、右四个面，JC122生物雷达传感器的辐射方向和角度示意图如图11所示。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。