一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双源IR‑UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，利用两种不同中心频率的天线同时进行探测，首先对两种不同频率的雷达回波信号分别进行通道内预处理，包括在空间域上进行距离累积，在时间域上进行归一化、线性趋势消除和低通滤波，来实现人体微弱生命信号的增强；然后再对预处理后的两种不同频率雷达回波信号进行通道间处理，采用自适应杂波消除技术抑制雷达回波中的强反射杂波干扰，从而提高雷达探测的准确率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达式生命探测
，涉及一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法。
技术介绍
超宽带(Ultra-Wideband，UWB)生物雷达融合了雷达技术和生物医学工程技术，通过发射出的电磁波穿透非金属介质(木板、墙壁、废墟等)，检测到生命体目标的体动，或者呼吸、心跳等生命体征引起的体表微动，并以此为依据探测和识别生命体目标。与基于红外、光学和超声的探测技术相比，UWB生物雷达因其具有非接触、穿透性强、能够获得目标距离信息、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于医学、军事、反恐等领域，特别是在地震、塌方等灾害发生后的应急救援中，具有不可替代的优势。目前的UWB生物雷达技术多采用冲激脉冲(Impulse Radio,IR)雷达，它是以固定的脉冲重复频率发射超短脉冲来实现超宽带的。IR-UWB生物雷达在地震、塌方等灾后应急救援场景中，通常采用小时窗分段探测技术来提高雷达的探测精度和回波信噪比。当目标压埋较深，距离雷达较远时，使用这种技术就会增加探测时间，影响探测效率。因此，为了能够更加快速准确的发现幸存人员，应当使用大时窗探测技术。但是当生物雷达进行大时窗探测时，由于探测环境十分复杂，雷达发射的电磁波通常需要穿透多种不同介质才能照射到被压埋的人体目标。当IR-UWB生物雷达发射的电磁波穿过两种介电常数不同的介质(如砖和空气)时，由于雷达硬件电路不可能工作在理想条件下，发射脉冲必然会产生细微抖动，原本应该静止的不同介质交界面处的雷达回波，将会随时间不断变化，产生强反射杂波。有时这种强反射杂波和人体的呼吸信号十分相近，普通的生物雷达探测技术很难将其去除，从而在识别过程中造成误判，导致雷达虚警率增高，浪费宝贵的救援时间和资源。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，该方法能够有效地去除复杂探测环境中的强反射杂波，从而提高雷达探测的准确率，节约宝贵的救援时间和资源。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，包括以下步骤：步骤一：双源IR-UWB生物雷达的发射天线发射雷达脉冲，雷达脉冲被人体目标反射，再通过双源IR-UWB生物雷达的接收天线接收到被人体目标反射后的雷达脉冲，即雷达原始回波信号；双源IR-UWB生物雷达包含两对具有不同中心频率的天线，每对天线均包括一个发射天线和一个接收天线，两个接收天线接收到两个具有不同中心频率的雷达原始回波信号R1和R2；步骤二：对雷达原始回波信号R1和R2分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R41和R42；步骤三：对雷达回波信号R41和R42进行自适应杂波消除，得到人体呼吸信号的估计值s(k)。具体地，所述步骤二中的对雷达原始回波信号R1和R2分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R41和R42，用R表示任意一个雷达原始回波信号,具体包括以下步骤：步骤2.1：对雷达原始回波信号R在空间域沿着快时间方向进行距离累积，得到距离累积后的雷达回波信号R1；步骤2.2：雷达回波信号R1在时间域沿着慢时间方向进行归一化处理，得到归一化后的雷达回波信号R2；步骤2.3：对雷达回波信号R2进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R3；步骤2.4:对雷达回波信号R3进行低通滤波，得到滤波后的雷达回波信号R4。具体地，所述步骤2.3中对雷达回波信号R2进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R3，采用的公式如下： R 3 T = R 2 T - y ( y T y ) - 1 y T R 2 T ]]>其中，y＝[n/N,IN]，n＝[0,1,2,...,N-1]T，IN为一个长度是N且元素都是1的列向量，N为雷达回波信号R2中包含的道信号的个数。具体地，所述步骤三中对雷达回波信号R41和R42进行自适应杂波消除，得到人体呼吸信号的估计值s(k)，采用的公式如下： s ( k ) = Σ i = 0 L - 1 ω i ( k ) x ( k - i ) ]]>e(k)＝y(k)-s(k)ωi(k+1)＝ωi(k)+2μe(k)x(k-i),i＝0,1,...,L-1其中，L为FIR滤波器的阶数，μ为步长因子，ωi(k)为权系数向量，y(k)为提取的雷达回波信号R41的点信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、对雷达回波信号进行通道内预处理，首先在空间域上进行距离累积，接着在时间域上进行归一化和线性趋势消除，最后进行低通滤波，实现通道内人体微弱生命信号的增强。2、对雷达回波信号进行通道间处理，采用自适应杂波消除技术抑制雷达回波中的强反射杂波干扰，提高雷达探测的准确率。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的方案做进一步详细地解释和说明。附图说明图1为本专利技术的方法的流程图；图2为雷达原始回波信号的二维矩阵示意图；图3为自适应杂波消除算法的原理框图；图4为实施例1中的穿墙探测场景示意图；图5为实施例1中采用现有的生物雷达处理方法得到的穿墙场景雷达回波数据能量谱(有人体目标)；图6为实施例1中采用现有的生物雷达处理方法得到的穿墙场景雷达回波数据能量谱(无人体目标)；图7为实施例1中采用本专利技术的方法得到的穿墙场景雷达回波数据能量谱(有人体目标)；图8为实施例1中采用本专利技术的方法得到的穿墙场景雷达回波数据能量谱(无人体目标)；图9为实施例2中的穿废墟探测场景示意图；图10为实施例2中采用现有的生物雷达处理方法得到的穿废墟场景雷达回波数据能量谱(无人体目标)；图11为实施例2中采用现有的生物雷达处理方法得到的穿废墟场景雷达回波数据能量谱(有人体目标)；图12为实施例2中采用本专利技术的方法得到的穿废墟场景雷达回波数据能量谱(无人体目标)；图13为实施例2中采用本专利技术的方法得到的穿废墟场景雷达回波数据能量谱(有人体目标)。具体实施方式遵从上述技术方案，本专利技术的基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，所采用的双源IR-UWB生物雷达包含两对不同中心频率的天线，分别为270MHz和400MHz，每对天线包含一个发射天线和一个接受天线；采用等效时间采样、多通道分时复用技术，实现不同中心频率天线每发射出一道信号后交替工作，从而使两种中心频率的天线在工作时相互不产生干扰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双源IR‑UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：双源IR‑UWB生物雷达的发射天线发射雷达脉冲，雷达脉冲被人体目标反射，再通过双源IR‑UWB生物雷达的接收天线接收到被人体目标反射后的雷达脉冲，即雷达原始回波信号；双源IR‑UWB生物雷达包含两对具有不同中心频率的天线，每对天线均包括一个发射天线和一个接收天线，两个接收天线接收到两个具有不同中心频率的雷达原始回波信号R1和R2；步骤二：对雷达原始回波信号R1和R2分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R41和R42；步骤三：对雷达回波信号R41和R42进行自适应杂波消除，得到人体呼吸信号的估计值s(k)。

【技术特征摘要】
1.一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：双源IR-UWB生物雷达的发射天线发射雷达脉冲，雷达脉冲被人体目标反射，再通过双源IR-UWB生物雷达的接收天线接收到被人体目标反射后的雷达脉冲，即雷达原始回波信号；双源IR-UWB生物雷达包含两对具有不同中心频率的天线，每对天线均包括一个发射天线和一个接收天线，两个接收天线接收到两个具有不同中心频率的雷达原始回波信号R1和R2；步骤二：对雷达原始回波信号R1和R2分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R41和R42；步骤三：对雷达回波信号R41和R42进行自适应杂波消除，得到人体呼吸信号的估计值s(k)。2.如权利要求1所述的基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，其特征在于，所述步骤二中的对雷达原始回波信号R1和R2分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R41和R42，用R表示任意一个雷达原始回波信号,具体包括以下步骤：步骤2.1：对雷达原始回波信号R在空间域沿着快时间方向进行距离累积，得到距离累积后的雷达回波信号R1；步骤2.2：雷达回波信号R1在时间域沿着慢时间方向进行归一化处理，得到归一化后的雷达回波信号R2；步骤2.3：对雷达回波信号R2进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R3；步骤2.4:对雷达回波信号R3进行低通滤波，得到滤波后的雷达回波信号R4。3.如权利要求2所述的基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，其特征在于，所述步骤2.3中对雷达回波信号R2进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R3,采用的公式如下： R 3 T = R ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，王健琪，梁福来，安强，张杨，吕昊，张华，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61