基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，在井下巷道均匀安装J个UWB雷达模块，设人员处于UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1之间，1≤j≤J，UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别将其可通信的无线频带初始化分成I个子频带，并采用频谱感知方法探测其空闲子频带；UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别从其空闲子频带类中选择一个空闲子频带，探测井下人员的位置，并对UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1的探测信号进行处理，采用变分模态分解算法分解出人员生命体征参数。选择空闲子频带发射脉冲信号，保证了人员定位和生命体征监测的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法
本专利技术属于煤矿井下安全监控领域，涉及一种基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员定位和生命体征监测方法。
技术介绍
能源资源是我国经济社会可持续发展和国家安全的重要保障。我国的能源资源主要包括煤炭、石油和天然气，在三大化石能源消耗结构中煤炭资源占到70％左右。随着国民经济的迅速发展，国家对能源的需求日趋扩大，而石油、天然气和新能源的产量短期内仍然无法满足需求，在今后相当长的时期内煤炭仍然是我国最主要的能源。煤炭资源在我国工业发展中的地位举足轻重，因此保证煤炭行业健康、稳定地发展显得非常必要和迫切。近年来，国家高度重视煤矿安全生产工作，相继颁布和实施了一系列煤矿安全生产相关法律法规，不断增加安全生产投入。我国的煤炭产量90％以上来自于井工开采，且随着浅层煤炭资源的枯竭，煤炭开采的深度不断增加，深井开采不仅难度增大，危险性也增加。随着矿山自动化、信息化水平的提高，生命体征监测将成为数字化矿山发展的一个重要组成部分，实现远程生命体征监测对煤矿井下人员安全生产、应急救援工作等具有重要的意义。目前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，其特征在于，包含频谱感知、人员定位和生命体征监测三个阶段，具体步骤如下：/n步骤S1、在井下巷道均匀安装J个UWB雷达模块，相邻两UWB雷达模块间隔长度为L；/n步骤S2、设人员在井下巷道处于UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1之间，1≤j≤J，则UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别将其可通信的无线频带初始化分成I个子频带，并采用频谱感知方法判断可通信的无线频带的子频带占用情况，探测其空闲子频带；/n步骤S3、UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别从其空闲子频带类中选择一个空闲子频带，然后分别发射一阶高斯脉冲波并在一段时间后接...

【技术特征摘要】
1.基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，其特征在于，包含频谱感知、人员定位和生命体征监测三个阶段，具体步骤如下：
步骤S1、在井下巷道均匀安装J个UWB雷达模块，相邻两UWB雷达模块间隔长度为L；
步骤S2、设人员在井下巷道处于UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1之间，1≤j≤J，则UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别将其可通信的无线频带初始化分成I个子频带，并采用频谱感知方法判断可通信的无线频带的子频带占用情况，探测其空闲子频带；
步骤S3、UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别从其空闲子频带类中选择一个空闲子频带，然后分别发射一阶高斯脉冲波并在一段时间后接收到对应回波，根据UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1发射一阶高斯脉冲波和接收回波的时间差得出井下人员分别与UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1的距离，进而得出井下人员的位置；
步骤S4、对UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1接收到的回波进行预处理，得到处理后回波信号A'，再根据井下人员与UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的距离，从接收到的处理后回波信号A'中选择距离人员最近的采样向量A'(v),v∈[1,V-1]，V是接收到的脉冲序列数，采用变分模态分解算法对A'(v)信号进行变换与分解，从分解结果中获得人员生命体征参数。


2.根据权利要求1所述的基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现过程如下：
S21、将UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的可通信无线频带划分为I个子频带，得到Chi＝{Ch1,...,ChI}，Chi表示第i个子频带，i∈[1,I]，并设置中心点距离阈值为Tc，迭代次数为Nc；
S22、接收第i个子频带Chi的信号并对其进行AD转换采样，然后通过下式计算所有子频带的能量：



其中，Pi为第i个子频带Chi的能量，yi(n)为第i个子频带Chi的信号的第n个采样点的信号大小，N为第i个子频带Chi的信号的采样点总数；
S23、根据计算的所有子频带的能量，选择能量最大的子频带作为占用子频带类中心点Chco，其能量记为Pco；选择能量最小的子频带作为空闲子频带类中心点Chcf，其能量记为Pcf；
S24、分别计算所有子频带到占用子频带类中心点Chco和空闲子频带类中心点Chcf的能量距离，计算公式为：
d(Pi,Pco)＝||Pi-Pco||2；
d(Pi,Pcf)＝||Pi-Pcf||2；
其中，d(Pi,Pco)为第i个子频带Chi到占用子频带类中心点Chco的能量距离，d(Pi,Pcf)为第i个子频带Chi到空闲子频带类中心点Chcf的能量距离；
并根据d(Pi,Pco)和d(Pi,Pcf)的大小，对Pi对应的第i个子频带Chi进行分类，完成对I个子频带的聚类，最终得到占用子频带类为CO＝{COi′},1≤i′≤O，COi′为第i′个占用子频带，O为占用子频带总数；空闲子频带类为CF＝{CFi″},1≤i″≤F，CFi″为第i″个空闲子频带，F为空闲子频带总数；
S25、根据公式计算占用子频带类中所有占用子频带的能量均值POj是占用子频带类中第j个占用子频带的能量值；并根据公式计算空闲子频带类中所有空闲子频带的能量均值PFj是空闲子频带类中第j个空闲子频带的能量值；然后根据下式计算能量均值距离dc：



若dc>Tc，则跳转至步骤S26；若dc≤Tc，则跳转至步骤S27；
S26、判断迭代次数Nc是否等于0；如是，则跳转至步骤S27；否则，令Nc-1，更新占用子频带类中心点的能量为更新空闲子频带类中心点的能量为并返回步骤S24继续进行迭代更新；
S27、聚类完成，输出UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的占用子频带类和空闲子频带类；
S28、每间隔T时间后，重新执行S21...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩涛，凌六一，周孟然，曹珍贯，梁喆，王成军，黄友锐，徐善永，胡峰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34