基于双源IR-UWB生物雷达的生命体征提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双源IR

【技术实现步骤摘要】
基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法


[0001]本专利技术涉及双源UWB生物雷达
，具体涉及一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法。

技术介绍

[0002]现行UWB生物雷达探测技术，对该微弱、变异的生命特征探测和识别能力下降，很难提取出非自然状态生命体的呼吸信号。虽然非自然状态生命体的呼吸信号大大减弱，但其仍然是一个窄带的准周期信号，而噪声与杂波大多频带比较宽，而且双源UWB生物雷达工作时，由于两对不同频率的天线几乎同时对同一目标，且在同一时间范围内进行探测，不同中心频率的两个通道的雷达回波数据中，生命体所在距离上的回波点信号应该具有较强的相关性，而两个数据中对应的其余距离上的回波点信号则相关性较差。
[0003]因此，本项目研究出一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法，所述提取方法通过双源UWB生物雷达的双通道互相关信号增强技术，结合自适应谱线增强算法对雷达回波中的宽带信号和窄带信号进行分离，实现非自然状态人体呼吸信号的提取，具体的算法如下：
[0007]r/>1l
(n)＝A1s(n)+c
1l
(n)\*MERGEFORMAT
ꢀꢀ
(1)
[0008]r
2l
(n)＝A2s(n)+c
2l
(n)\*MERGEFORMAT
ꢀꢀ
(2)
[0009]式中r
1l
(n)和r
2l
(n)分别表示400MHz天线和270MHz天线的回波数据中在距离l处的点信号；s(n)表示人体目标的生命信号；A1和A2分别表示两种不同频率天线对s(n)的探测增益；c
1l
(n)和c
2l
(n)分别表示不同天线回波数据在距离l处的非静态杂波与噪声信号。
[0010]优选地，所述400MHz天线和270MHz天线的回波数据中同一距离处的点信号均做互相关处理；
[0011][0012]式中Φ
l
(t)表示不同天线回波数据在同一距离l处点信号的相关函数；由于s(n)、c
1l
(n)和c
2l
(n)基本互不相关，因此，公式中后三项相对较小，人体目标微弱的生命信号得到增强。
[0013]优选地，所述生命体征提取方法中互相关增强后的雷达回波信号再进行自适应谱线增强算法处理，从而实现人体呼吸信号和杂波、噪声的分离；
[0014]输入信号y(k)为增强后的雷达回波信号，由人体目标的呼吸信号y
NB
(k)、杂波与噪声信号y
WB
(k)组成；利用雷达回波信号的延时作为参考信号x(k)＝y(k
‑
Δ)，其中延时Δ必须满足：T
WB
<Δ<T
NB
；这样一来，经过延时的杂波与噪声信号y
WB
(k
‑
Δ)与原信号y
WB
(k)不相关，而延时后的人体呼吸信号y
NB
(k
‑
Δ)仍然与原信号y
NB
(k)相关；因此，窄带信号y
NB
(k)将被消除，抵消器输出的误差信号e(k)≈y
WB
(k)，通过最小均方(LMS)算法来调整FIR滤波器的参数，使滤波器的输出信号逼近y
NB
(k)，从而提取出人体目标的呼吸信号。
[0015]优选地，所述FIR滤波器的参数阶数K＝32，步长因子μ＝10
‑5时，自适应谱线增强算法从雷达回波数据中分离人体目标的呼吸信号和杂波、噪声信号的效果达到最优。
[0016]有益效果：本专利技术，有益效果如下：
[0017]本专利技术融合一高一低两个中心频率天线在穿透力和灵敏度方面的各自优势，保证低中心频率的同时扩展了雷达的等效带宽。同时建立了一种由气压式止血带束缚人体来模拟非自然状态人体的模型，该模型可定量控制，模拟不同部位被压埋的人体目标。基于上述探测平台和模型，还研究出一种自适应杂波抵消和双通道数据融合增强算法，来消除非静态杂波干扰，并提高雷达对微弱生命信号的探测信噪比；接着通过自适应谱线增强提取目标人体的呼吸信号，再通过递归动目标指示器抑制呼吸谐波的干扰，高阶累积算法增强人体心跳信号，最后利用希尔伯特谱分析对提取的呼吸和心跳信号进行频率估计，从而实现雷达对非自然状态人体生命体征的穿透式监测。
附图说明
[0018]图1为本专利技术自适应谱线增强算法的原理框图；
[0019]图2为双源IR
‑
UWB雷达穿透废墟探测非自然状态人体目标的实验场景图；
[0020]图3为废墟探测中提取的人体目标呼吸信号图；
[0021]图4为递归动目标指示器的频谱响应图；
[0022]图5为人体目标三种体位探测实验场景图；
[0023]图6为穿墙探测中不同体位的人体目标心跳信号归一化频谱图；
[0024]图7为穿废墟探测中不同体位下非自然状态人体目标的呼吸和心跳信号归一化频谱图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。
[0026]如附图1示，本专利技术实施例中一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法，所述提取方法通过双源UWB生物雷达的双通道互相关信号增强技术，结合自适应谱线增强算法对雷达回波中的宽带信号和窄带信号进行分离，实现非自然状态人体呼吸信号的提取，具体的算法如下：
[0027]r
1l
(n)＝A1s(n)+c
1l
(n)\*MERGEFORMAT
ꢀꢀ
(1)
[0028]r
2l
(n)＝A2s(n)+c
2l
(n)\*MERGEFORMAT
ꢀꢀ
(2)
[0029]式中r
1l
(n)和r
2l
(n)分别表示400MHz天线和270MHz天线的回波数据中在距离l处的点信号；s(n)表示人体目标的生命信号；A1和A2分别表示两种不同频率天线对s(n)的探测增益；c
1l
(n)和c
2l
(n)分别表示不同天线回波数据在距离l处的非静态杂波与噪声信号。
[0030]本实施例的400MHz天线和270MHz天线的回波数据中同一距离处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法，其特征在于，所述提取方法通过双源UWB生物雷达的双通道互相关信号增强技术，结合自适应谱线增强算法对雷达回波中的宽带信号和窄带信号进行分离，实现非自然状态人体呼吸信号的提取，具体的算法如下：r
1l
(n)＝A1s(n)+c
1l
(n)\*MERGEFORMAT(1)r
2l
(n)＝A2s(n)+c
2l
(n)\*MERGEFORMAT(2)式中r
1l
(n)和r
2l
(n)分别表示400MHz天线和270MHz天线的回波数据中在距离l处的点信号；s(n)表示人体目标的生命信号；A1和A2分别表示两种不同频率天线对s(n)的探测增益；c
1l
(n)和c
2l
(n)分别表示不同天线回波数据在距离l处的非静态杂波与噪声信号。2.根据权利要求1所述的一种基于双源IR
‑
UWB生物雷达的生命体征提取方法，其特征在于，所述400MHz天线和270MHz天线的回波数据中同一距离处的点信号均做互相关处理；式中Φ
l
(t)表示不同天线回波数据在同一距离l处点信号的相关函数；由于s(n)、c
1l
(n)和c
2l
(n)基本互不相关，因此，公式中后三项相对较小，人体目标微弱的生命信号得到增强。3.根据权利要求1所述的一种基于双源IR
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，梁福来，王健琪，祁富贵，路国华，张杨，吕昊，安强，薛慧君，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军医大学，
类型：发明
国别省市：