用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法。該微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法包括：由雷達(dá)回波信號(hào)，建立M×N維的距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S(m，n)；對(duì)于每個(gè)距離單元，在S(m，n)的慢時(shí)方向上進(jìn)行自相關(guān)處理，得到信號(hào)矩陣Rx(m，τ)；分別對(duì)Rx(m，τ)的各個(gè)行向量進(jìn)行FFT變換，得到距離頻率矩陣在的距離方向上進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)的頻譜以及遍歷的每一個(gè)位置，尋找能量比大于預(yù)設(shè)門限的位置，如果該位置的數(shù)目大于0時(shí)，判斷地下存在生命體。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微弱呼吸信號(hào)的增強(qiáng)、檢測(cè)與提取，滿足了災(zāi)害救援等場(chǎng)合下掩埋人員微弱生命特征檢測(cè)的需要。
【專利說明】用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微弱信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸 信號(hào)檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)必須工作在靜止?fàn)顟B(tài)下，在一定時(shí)間內(nèi)獲得二維原始雷 達(dá)回波信號(hào)矩陣。去除直達(dá)波、天線禪合波、固定背景等靜態(tài)雜波引起的干擾后，在災(zāi)后救 援現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)噪聲干擾下，雷達(dá)回波信號(hào)矩陣中包含的生命特征信號(hào)的檢測(cè)任務(wù)十分艱巨。 尤其是地震、房屋倒塌等災(zāi)害發(fā)生后，掩埋人員的雷達(dá)回波響應(yīng)主要由呼吸運(yùn)動(dòng)引起，該些 微弱的生命特征信號(hào)在低SNCR下的檢測(cè)與提取非常困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方 法，W實(shí)現(xiàn)微弱的生命特征信號(hào)的檢測(cè)和提取。
[000引（二）技術(shù)方案
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方 法。該微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法包括；步驟A ;由雷達(dá)回波信號(hào)，建立MXN維的距離慢時(shí)信號(hào) 矩陣S(m，n)，其中，M為距離單元數(shù)，N為慢時(shí)時(shí)刻，m = 0,1，. . .，M-1，n = 0,1，. . .，N-I ; 步驟B ;對(duì)于每個(gè)距離單元，在距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S (m，n)的慢時(shí)方向上進(jìn)行自相關(guān)處理，得 到信號(hào)矩陣Rx (m，X);步驟C;分別對(duì)信號(hào)矩陣Rx (m，X)的各個(gè)行向量進(jìn)行FFT變換，得到 距離頻率矩陣馬(m,/'），其中，f為一索引值，f = 0,1，. . .，2N-2 ;步驟D ;在距離頻率矩陣 馬加，/)的距離方向上進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)頻譜馬(/); W及步驟E ;遍歷呼吸 信號(hào)頻譜馬(/)的每一個(gè)位置，尋找能量比大于預(yù)設(shè)口限的呼吸信號(hào)頻譜訪(/)位置，女口 果該位置的數(shù)目大于0時(shí)，判斷地下存在生命體；如果等于0,則判斷地下不存在生命體。
[0007] ( S )有益效果
[0008] 本發(fā)明用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法克服了雷達(dá)回波信號(hào)矩陣中 包含的呼吸信號(hào)極其微弱的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了微弱呼吸信號(hào)的增強(qiáng)、檢測(cè)與提取，滿足了災(zāi)害救 援等場(chǎng)合下掩埋人員微弱生命特征檢測(cè)的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法的流程圖；
[0010] 圖2為圖1所示微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法步驟A中去除背景雜波后的距離慢時(shí)信號(hào) 矩陣；
[0011] 圖3為圖1所示微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法步驟B中得到的自相關(guān)信號(hào)矩陣；
[0012] 圖4為圖I所示微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法步驟C中得到的距離頻率矩陣；
[0013] 圖5為圖1所示微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法步驟F中得到的呼吸信號(hào)頻譜及呼吸頻 率；
[0014] 圖6為圖1所示微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法步驟G中得到的距離合成像及生命體掩埋 深度。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語，例如"上V嚇"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào) 檢測(cè)方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法的流程 圖。如圖1所示，本實(shí)施例用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法包括：
[0017] 步驟A ;由去除背景雜波后的雷達(dá)回波信號(hào)，建立MXN維的距離慢時(shí)信號(hào)矩陣 S (m, n)；
[001引其中，MXN維距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S (m，n)，M為距離單元數(shù)，N為慢時(shí)時(shí)刻，m = 0， 1，? ? ?，M- l，n 二 0，1，...，N-1。
[001引圖2為本發(fā)明的去除背景雜波后的距離慢時(shí)信號(hào)矩陣。在圖2中，m表示距離，單 位為米，n表示慢時(shí)，單位為道。如圖2中虛線框所示，掩埋人員的呼吸信號(hào)十分微弱。
[0020] 步驟B ;對(duì)于每個(gè)距離單元，在距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S(m，n)的慢時(shí)方向上進(jìn)行自相 關(guān)處理，得到高信噪比的信號(hào)矩陣馬(m，T )，如圖3所示；
[0021] 所述步驟B，包括：
[0022] 步驟Bl ;對(duì)于距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S (m，n)中第m個(gè)距離單元上的慢時(shí)信號(hào)Xm(n)， 即信號(hào)矩陣S(m，n)的第m個(gè)行向量，計(jì)算其自相關(guān)函數(shù)R.x,,.,(T) = EUm.如）-Ym(Tls)I， 其中 T = Di-IV Di = 0,1，. . .，N-1，叫=0,1，. . .，N-1，E[ ?]為求期望值；
[0023] 自相關(guān)函數(shù)馬Tm (T)保留了準(zhǔn)周期性的呼吸信號(hào)分量，而非周期性的噪聲信號(hào)被 抑制，噪聲分量趨于零；
[0024] 步驟B2;將不同的距離單元對(duì)應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)Rxw(T)作為行向量，構(gòu)成 MX (2N-1)維的信號(hào)矩陣Rx(m，T )，其中，2N-1是慢時(shí)卷積長度，T = 0,1，. . .，2N-2。
[002引步驟C ;分別對(duì)信號(hào)矩陣Rx(m，T )的各個(gè)行向量進(jìn)行FFT變換，得到距離頻率矩 陣Ry(m,/)，如圖4所示；
[0026] 距離頻率矩陣馬(m，/)中，f為一索引值，而不是通常意義上的頻率值，f = 〇， l，...，2N-2。而w(f)表示呼吸頻率。
[0027] 針對(duì)第m個(gè)距離單元，在信號(hào)矩陣Rx (m，T )的慢時(shí)方向上作FFT變換，得到距離 頻率矩陣巧^m, /：)，即.馬Cm, /) = FFT(Xy〇, ，其中，2N-1是FFT變換后頻率范圍的 長度。
[0028] 本實(shí)施例中，獲得的距離頻率矩陣如圖4所示，其中呼吸頻率窗范圍0?IHz。
[0029] 步驟D ;在距離頻率矩陣馬(m，/)的距離方向上進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)的 頻譜馬(/);
[0030] 對(duì)于距離頻率矩陣馬(m，/)，沿距離方向進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)的頻譜 iW)，即：

【權(quán)利要求】
1?一種用于生命探測(cè)雷達(dá)的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，包括： 步驟A :由雷達(dá)回波彳旨號(hào)，建立MXN維的距離慢時(shí)信號(hào)矩陣s (m，n)，其中，]^為距離單 兀數(shù)，N 為慢時(shí)時(shí)亥lj, m = 0,1，? ? ?，M-l，n = 0,1，...，N-I ; 步驟B :對(duì)于每個(gè)距離單元，在距離慢時(shí)信號(hào)矩陣以叫n)的慢時(shí)方向上進(jìn)行自相關(guān)處 理，得到信號(hào)矩陣艮〇11，T); 步驟C :分別對(duì)信號(hào)矩陣Rx(m, T )的各個(gè)行向量進(jìn)行FFT變換，得到距離頻率矩陣 K(m,/)，其中，f 為一索引值，f = 0,1，? . ?，2N-2 ; 步驟D :在距離頻率矩陣罵(?71,/；)的距離方向上進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)頻譜 印(/);以及 步驟E :遍歷呼吸信號(hào)頻譜的每一個(gè)位置，尋找能量比大于預(yù)設(shè)門限的呼吸信 號(hào)頻譜i￡C/>位置，如果該位置的數(shù)目大于〇時(shí)，判斷地下存在生命體；如果等于0,則判斷 地下不存在生命體。 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟B包括： 步驟Bl :對(duì)于距離慢時(shí)信號(hào)矩陣S (m，n)中第m個(gè)距離單元上的慢時(shí)信號(hào)Xm(n)，即信 號(hào)矩陣S (m，n)的第m個(gè)行向量，計(jì)算其自相關(guān)函數(shù)= ，其中 T = nrrv Ii1 = 0，1，? ? ?，N-l，n2 二 0，1，? ? ?，N-1，E[ ?]為求期望值；以及 步驟B2 :將不同的距離單元對(duì)應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)爲(wèi)^(遽:作為行向量，構(gòu)成狀Cd維 的{苜號(hào)矩陣艮〇11，T),其中，2N-1是慢時(shí)卷積長度，T =〇,i，...，2N-2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟c具體包括： 針對(duì)第m個(gè)距離單元，在信號(hào)矩陣Rx( m，T )的慢時(shí)方向上作FFT變換，得到距離頻率矩陣 ，即= Frr(/?x(m,T))，其中，2N-1是FFT變換后頻率范圍的長度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟D包括： 對(duì)于距離頻率矩陣沿距離方向進(jìn)行加權(quán)累積，獲得呼吸信號(hào)的頻譜 印(/)即：
其中，w(f)表示呼吸頻率且同時(shí)作為權(quán)值，
f = 0，1，...， 2N-2, Fs為慢時(shí)信號(hào)采樣率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟E包括： 子步驟El :遍歷呼吸信號(hào)頻譜％(/)的每一個(gè)頻率點(diǎn)位置fp，計(jì)算當(dāng)前頻率點(diǎn)位置fp 與兩側(cè)長度均為L的頻率點(diǎn)位置范圍內(nèi)的能量比Y，其中L Sfp;^ 2N-2-L，計(jì)算公式如下：
子步驟E2:尋找能量比Y大于預(yù)設(shè)門限的呼吸信號(hào)頻譜％(/')位置；以及 子步驟E3 :當(dāng)該位置的數(shù)目大于O時(shí)，表明地下存在生命體；如果等于〇,則表明地下 不存在生命體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述子步驟El中，單側(cè) 頻率點(diǎn)位置范圍長度為L = 7。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述子步驟E2中，預(yù)設(shè) 門限為〇. 7。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)步驟E 中判斷地下存在生命體時(shí)，還包括： 步驟F，在呼吸信號(hào)的頻譜％(/'）中，確定能量比大于預(yù)設(shè)門限的位置對(duì)應(yīng)的索引值 frespiration ? 步驟G :根據(jù)該frespiratim，在距離頻率矩陣K(m, /)上確定距離合成像y (m)，由該距離 合成像y(m)的峰值確定生命體掩埋在地下的深度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟G包括： 子步驟Gl :由該定義距離合成像￥(_ =罵(議邊 子步驟G2 :尋找使距離合成像y (m)最大的m的值m_rati()n ; 子步驟G3 :由Hirespiratiffll計(jì)算生命體掩埋在地下的深度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述子步驟G2中，按 照下式，尋找使距離合成像y (m)最大的m的值Hirespiratirai: "!respiration = arg maxm {y (m)}, 0 ^ m ^ M~1 〇
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的微弱呼吸信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述子步驟G3中，按 照下式，由H^spimtim計(jì)算生命體掩埋在地下的深度：
其中，L_和Lniin是雷達(dá)探測(cè)距離的最大值和最小值。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK104224188SQ201410488161
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】吳世有, 陳潔, 孟升衛(wèi), 方廣有 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所