一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法和装置制造方法及图纸

本公开关于一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法和装置。根据所述方法，对包含在超宽带雷达回波信号中的噪声性质进行分析；根据分析的结果对回波信号进行预处理；以及对经预处理的回波信号，进行N次差时提取，获得N组体征信息，并且对获取的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率和心跳频率根据本公开的方法和装置，确定N＝16为最佳提取次数。经过试验发现，16次差时提取在静止目标与微动目标的呼吸和心跳频率提取上更具有稳定性。具有稳定性。具有稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法和装置


[0001]本公开涉及目标探测领域，尤其涉及基于N次差时强体征信息提取的超宽带(Ultra
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Wideband Radar，UWB)雷达回波信号处理。

技术介绍

[0002]通常，在地震、坍塌、建筑物倒塌下的废墟救援中，在消防、市政、矿山救护、反恐等机构中，在诸如反馈塌陷的建筑物、深井、矿井等的有限空间及常规方法救援人员难以接近的救援工作中，以及在养老院、医院中，等等，都需要对人体目标进行探测和定位。然而，在对人体目标进行探测和定位过程中，生命体征信号被大量背景杂波和环境噪声淹没，信噪比过低导致无法直接识别人类目标。因此，要实现人类目标探测，就要通过消除背景杂波、提升信噪比等处理提取出生命体征信号。
[0003]图1示出了使用UWB雷达进行生命探测的原理图。在图1中，UWB雷达探测仪对人体胸腔进行测试，在探测仪和被测人体之间设置有墙体。该探测仪到人体胸腔前壁的距离为d0，到人体胸腔后壁的距离为d，因而从探测仪出发经过人体胸腔前后壁再返回探测仪的信号路径距离之差为Δd＝2(d
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d0)。在这种情况下进行的生命特征信号测量，由于存在复杂噪声干扰，回波信号生命体征信息较弱，并且被测目标微动导致的体征信息可能丢失。
[0004]现有技术中存在各种方案来对生命体征信号进行提取，例如，采用N次峰值捕捉的生命体征监测方法可以滤除杂波和噪声，提取出呼吸频率并抑制了其高次谐波；还利用周期抽样叠加的超宽带雷达信号处理方法，将人体频率信息转移到基带，避免了因频谱分散导致的信息损耗；在使用奇异值分解来消除生命信号中的噪声的方法中，采用FFT和Hilbert
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Huang变换提取出了生命体征；也可以采用经验模态分解(Empirical mode decomposition，EMD)对雷达回波信号进行分解，筛选出合适的模态分量对呼吸和心跳信号进行重构。
[0005]然而，在这些现有技术的体征提取方法中，提取的依据均为含有生命体征的单一慢时间切片。但是，在复杂的噪声干扰情况下，单一的慢时间切片中包含的生命体征较弱，很难被提取，或者因为其他的外部原因引起的受困者身体微动，使选择的基准切片含有的体征信息缺失，更无法准确的获得受困者的体征信息。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提出一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带(UWB)雷达回波信号处理方法和装置。本专利技术的技术方案是这样实现的：进行体征提取时，将N次提取的体征信息进行FFT变换，分别在呼吸频率范围内寻找峰值，记录对应频率以及幅值，将得到的N次结果融合，确定出现峰值次数最多的频率为呼吸频率，若多个频率处的峰值次数相同，且均为最大次数，选择所有备选频率对应平均幅值最大的作为最终频率，若平均幅值依然相同，则将对应频率取平均值。按照如上方法即可以确定受困者的呼吸频率，将搜索范围改为心跳
的频率范围，即可完成心跳频率的提取。
[0007]根据本公开的第一方面，提供一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，包括：对包含在超宽带雷达回波信号中的噪声性质进行分析；根据分析的结果对回波信号进行预处理；以及对经预处理的回波信号，进行N次差时提取，获得N组体征信息，并且对获取的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率和心跳频率，其中，所述N次差时提取包括：1)根据回波信号能量，确定初次采样慢时间切片位置以及搜索区域，在该切片的前2秒内，均匀选取N个提取起始点；2)开始第一次搜索，初始化n＝1；3)选择第n个起始点开始生命体征提取；4)以2秒为步长，向后提取对应区域的最强体征信息，更新下次提取基准点以及搜索区域，直到完成该次信号提取过程；5)如果n＝N，则进行步骤6)，否则n＝n+1，重新进行步骤3)；6)对得到的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率以及心跳频率。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述N的取值为16。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述回波信号包括人体体征信息、背景噪声、线性巨大干扰以及随机噪声干扰。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，对回波信号进行预处理的方法包括：数值偏差矫正，线性趋势抑制和信号增强。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述信号增强包括利用带通频率为0.1Hz
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3Hz的带通滤波器进行巴特沃斯滤波，并且接着采用信号自相关处理。
[0012]根据本公开的另一方面，提供一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理装置，包括：噪声性质分析模块，用于对包含在超宽带雷达回波信号中的噪声性质进行分析；预处理模块，用于根据分析的结果对回波信号进行预处理；N次差时提取模块，用于对经预处理的回波信号，进行N次差时提取，获得N组体征信息，并且对获取的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率和心跳频率，其中，所述N次差时提取包括：1)根据回波信号能量，确定初次采样慢时间切片位置以及搜索区域，在该切片的前2秒内，均匀选取N个提取起始点；2)开始第一次搜索，初始化n＝1；3)选择第n个起始点开始生命体征提取；4)以2秒为步长，向后提取对应区域的最强体征信息，更新下次提取基准点以及搜索区域，直到完成该次信号提取过程；5)如果n＝N，则进行步骤6)，否则n＝n+1，重新进行步骤3)；6)对得到的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率以及心跳频率。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述N的取值为16。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述回波信号包括人体体征信息、背景噪声、线性巨大干扰以及随机噪声干扰。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，对回波信号进行预处理的方法包括：数值偏差矫正，线性趋势抑制和信号增强。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述信号增强包括利用带通频率为0.1Hz
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3Hz的带通滤波器进行巴特沃斯滤波，并且接着采用信号自相关处理。
[0017]根据本公开的方法和装置，通过一种适用于静止目标以及微动目标的N次差时强体征信息提取方法和装置(确定N＝16为最佳提取次数)，16次差时提取在静止目标与微动目标的呼吸和心跳频率提取上更具有稳定性。
[0018]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
[0020]图1是根据本公开一示例性实施例的UWB生命探测原理图。
[0021]图2是根据本公开一示例性实施例的回波信号处理流程图。
[0022]图3是根据本公开一示例性实施例的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法的流程图。
[0023]图4是根据本公开一示例性实施例的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，包括：对包含在超宽带雷达回波信号中的噪声性质进行分析；根据分析的结果对回波信号进行预处理；以及对经预处理的回波信号，进行N次差时提取，获得N组体征信息，并且对获取的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率和心跳频率，其中，所述N次差时提取包括：1)根据回波信号能量，确定初次采样慢时间切片位置以及搜索区域，在该切片的前2秒内，均匀选取N个提取起始点；2)开始第一次搜索，初始化n＝1；3)选择第n个起始点开始生命体征提取；4)以2秒为步长，向后提取对应区域的最强体征信息，更新下次提取基准点以及搜索区域，直到完成该次信号提取过程；5)如果n＝N，则进行步骤6)，否则n＝n+1，重新进行步骤3)；6)对得到的N组体征信息进行FFT变换，提取出呼吸频率以及心跳频率。2.根据权利要求1所述的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，其中，所述N的取值为16。3.根据权利要求1所述的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，其中，所述回波信号包括人体体征信息、背景噪声、线性巨大干扰以及随机噪声干扰。4.根据权利要求1所述的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，其中，对回波信号进行预处理的方法包括：数值偏差矫正，线性趋势抑制和信号增强。5.根据权利要求4所述的基于N次差时强体征信息提取的超宽带雷达回波信号处理方法，其中，所述信号增强包括利用带通频率为0.1Hz
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3Hz的带通滤波器进行巴特沃斯滤波，并且接着采用信号自相关处理。6.一种基于N次差时强体征信息提取的超宽带...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐庆杰，王海燕，刘英杰，杨帧，刘易宸，李艳，柴佳美，赵尤信，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：