基于FMCW雷达的多目标生命信号检测方法

针对调频连续波(FMCW)雷达工作带宽有限,难于对多目标生命信号准确检测的问题,提出了一种基于前后向空间平滑多重信号分类(FBSS-MUSIC)算法的FMCW雷达多目标生命信号检测方法。首先对中频信号进行距离维快速傅里叶变换(FFT)得到距离剖面矩阵,然后通过FBSS-MUSIC算法进行高分辨率距离估计从而确定每个目标所在的距离单元,接着根据每个目标所在的距离单元进行距离积分后提取每个目标对应的相位信号,使用变分模态分解(VMD)算法分解相位信号,通过模态判别准确重构呼吸和心跳信号,最后对生命信号进行短时傅里叶变换得到呼吸和心跳信号频率。实测数据结果表明,相比于距离维FFT,本文提出的算法能够显著提高FMCW雷达的距离分辨率,能够实现多个目标的准确定位并提取其生命体征信息。

基于优化变分模态分解的人体生命信号分离与重构方法研究

目的:为提高生命探测雷达对人体心跳、呼吸等生命信号提取、分离的准确性和实时性,提出一种基于优化变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的人体生命信号分离与重构方法。方法:首先,采用粒子群优化算法对VMD的参数进行优化,并将人体生命信号分解为一系列的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF);其次,计算每个IMF的排列熵,根据排列熵阈值去除噪声,将剩余分量重构形成人体生命信号;最后,为验证提出的方法的性能,与无限脉冲响应(infinite impulse response,IIR)滤波、VMD和完全噪声辅助聚合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive nosie,CEEMDAN)3种方法进行比较。结果:在不同噪声水平下,提出的方法在信噪比和均方根误差2项评价指标上均优于IIR滤波方法、VMD方法和CEEMDAN方法,在计算耗时上优于CEEMDAN方法。结论:提出的方法在有效滤除噪声的同时实现了对心跳、呼吸等生命信号的快速分离与重构,在烧烫伤患者、传染病患者、新生儿等特殊人群的非接触生命体征检测及灾后掩埋伤员搜救等领域具有很好的应用前景。

基于PCA与EMD的超宽带雷达生命信号检测算法

本文分析了脉冲超宽带(UWB)生命信号模型,提出了基于主元分析(PCA)和经验模态分解(EMD)的非接触生命信号检测方法.根据UWB信号杂波与生命目标回波特点,结合PCA去除杂波.提取适当的主元特征向量序列曲线上峰值所对应的时延,估计目标距离信息.采用EMD分解目标回波序列为有限个固有模态函数(IMF)分量,在时域上重构平滑生命特征曲线,且其在高信噪比下可实现心跳与呼吸信号的分离.实验研究表明该方法简单有效,能同时提供生命信号的频域和时域波形位置信息,且重构得到的生命信号较符合实际信号时变、非平稳特性.

基于提升小波改进型阈值函数的雷达生命信号去噪技术

通过引入生物电理论,完善了连续波雷达生命信号的理论模型;采用提升小波变换和改进型阈值函数去噪技术对强噪声干扰的雷达生命信号进行去噪处理,将166.67mm波长雷达生命信号的信噪比由2.046 8优化到6.696 9,均方误差由1.763 9优化到0.909 9;8.57mm波长雷达生命信号的信噪比由0.942 6优化到2.541 8,均方误差由1.980 6优化到1.286 0.结果表明:本文建立的连续波雷达生命信号理论模型与实际情况相符,采用的去噪方案适用于雷达生命检测系统不同波长的雷达波.

基于经验模态分解的生命信号提取算法

穿墙生命探测雷达系统中,传统的基于快速傅里叶变换(FFT)的生命信号提取算法不能有效处理非平稳信号,且易受呼吸谐波干扰.为此,文中提出了一种从时域上提取生命信号的新方法.首先应用经验模态分解(EMD)将雷达接收信号分解成有限个固有模态函数(IMF),再用反映生命信号结构特征的IMF分量从时域上分别重构呼吸与心跳信号.仿真结果表明,所提出的新方法能避免呼吸信号谐波对心跳信号的干扰,因而能更加精确地提取心跳信号.

模拟人体系统中生命信号发生器的研究

介绍模拟人体系统在雷达式非接触生命探测中的作用和意义,同时针对雷达式非接触生命探测的特点,提出了模拟人体系统中生命信号发生器所需的人体呼吸和心跳的信号标准,并使用一次性可编程语音芯片AP8821设计该信号发生器,所产生的信号为整个系统后级设计提供了精确可调的信号源。

基于微功率超宽带雷达检测人体生命信号的研究

对微功率超宽带雷达的定义、原理、特点进行了讨论和描述,并利用本课题组研制的超宽带雷达进行了人体实验。实验结果表明采用这种技术能够检测到人体的呼吸和心跳信号,这种方法不需要任何电极和传感器接触人体,实现了对人体生命信号的无创检测。

基于小波变换的雷达生命信号提取方法

雷达非接触式检测生命信号因受环境噪音和被测对象微动等因素影响严重,而且这些干扰引起的多普勒信号的非平稳性,使其有用生命信号———呼吸信号和心跳信号用一般的信号处理方法(如数字滤波、快速傅里叶变换)无法提取出来.针对此问题,建立了连续波雷达生命信号模型,用K波段,频率24GHz,功率30mW的连续波雷达体制对一名30岁左右的健康男性进行了测量.测量在办公室安静环境下进行,雷达发射头距离被测对象2m,数据采集卡采样频率100Hz,对测量数据用dB3小波基函数进行了8尺度小波分解和重构,成功地在第七层低频重构和第六层的高频重构中提取到了人的呼吸信号和心跳信号.通过对这两层信号进行快速傅里叶变换,获得呼吸信号和心跳信号能量峰值处的频率值分别是0.29Hz和1.07Hz,用传统测量方法得到的频率值分别相差0.04Hz和0.03Hz,表明用小波变换提取和分离雷达生命信号中的呼吸信号和心跳信号方法是可行的,为将雷达非接触测量方法应用于临床监护和灾难营救等方面提供了理论依据和实验数据.

基于改进经验模态分解的雷达生命信号检测

从线性调频连续波(FMCW)雷达中提取的生命信号包含大量的噪声,为了获得高信噪比的呼吸和心跳信号,提出了一种基于改进的自适应集合经验模态分解(ICEEMDAN)的生命信号检测方法。该方法首先对FMCW毫米波雷达获取的生命信号进行ICEEMDAN分解,得到若干个固有模态函数(IMF)分量,然后利用IMF分量滤波器选择频率峰值在呼吸和心跳频带范围内的IMF分量,最后根据与雷达生命信号的相关性从滤波的结果中选择IMF分量重构呼吸和心跳信号。实验结果表明,所提出的方法能够准确地检测到心跳和呼吸信号,提取得到的呼吸和心跳信号具有良好的信噪比。

冲激超宽带雷达生命信号提取的新方法

冲激超宽带生命探测雷达中,传统的平均相消法不能有效去除直达波,从而影响目标回波信号的提取;同时对回波数据中呼吸、心跳信息的提取仍然基于FFT从频域上进行,因而呼吸信号谐波对心跳信号检测的干扰未得到很好解决。针对这两个问题,采用宽带互相关法对回波时延进行估计,然后提取各个回波时延序列的均值与方差作为特征量,采用C-均值聚类算法对回波进行分类,实现直达波与目标回波的分离;采用经验模态分解将目标回波时延序列分解成有限个固有模态函数,从时域上提取呼吸和心跳信号,从而避免呼吸谐波对心跳信号检测的干扰。

基于无载频脉冲雷达信号等幅度追踪法检测生命信号

该文首先详细分析了无载频脉冲雷达检测生命信号的基本原理,然后提出了基于回波信号等幅度追踪法检测生命信号的方法。采用自主研发的雷达系统进行检测,结果表明该文提出的检测方法有效。该方法不但能准确判定生命体的有无,而且能够同时提供呼吸信号幅度、频率特征及生命体的位置信息,在短距离非接触式生命信号检测中较传统等距离法有明显优势。

EEMD在超宽带雷达生命信号提取中的应用

超宽带生命探测雷达回波信号具有非线性、非平稳特性,由于心跳信号能量较弱,且受到呼吸谐波的干扰,传统的数字滤波方法无法有效地提取心跳信号。鉴于此采用一种从时域上提取生命信号的新方法。应用聚类经验模式分解(EEMD)将生命信号分解成有限个固有模态函数(IMF),再依据模式判别准则从时域上重构呼吸和心跳信号。实验结果表明,相比于经验模式分解(EMD),EEMD能有效提取呼吸信号和心跳信号。

基于超宽谱生物雷达微弱生命信号的非接触监测系统

目的：在穿透非金属障碍物情况下,用生物雷达实现对人体的呼吸和体动信号的现场、实时、非接触监测。方法：设计基于超宽谱（UWB）生物雷达的实时监测系统和参数;采用多线程编程技术,通过无线网络方式实时采集携带人体微弱生命体征的生物雷达回波信号;实时对生物雷达回波信号进行处理。结果：从生物雷达的回波信号中能有效提取出微弱生命呼吸信号和体动信号,并实时显示波形。结论：该系统实现了在穿透障碍物情况下现场、实时、非接触监测人体微弱生命信号,为平、战时更有效地实施医学救援提供了一个新的方法和手段,对临床非接触监护的实现也具有一定意义。

超宽带雷达生命信号频率检测的Cramer-Rao下界

该文基于脉冲超宽带顺序信号模型和极大似然准则,结合Fisher信息矩阵和Cramer-Rao矩阵不等式,分析了UWB生命信号参数估计的泛化Cramer-Rao下界(CRLB)。根据等效时间采样原理,采用正弦位移函数近似生命微动信号,推导出了修正的UWB生命信号频率检测CRLB公式。仿真结果表明,增大观测时间、发射脉冲带宽以及系统信噪比可提高UWB雷达生命信号频率检测的精度。心跳信号检测比呼吸信号要求更高。

小波变换在微弱生命信号处理中的应用

小波变换是时间和频率的局部变换,它在多领域的研究都取得了有科学意义和应用价值的成果。本文对小波变换作了简要介绍,对小波变换在微弱生命信号中的应用进行了初步探讨。

基于无载频脉冲式超宽带雷达的生命信号检测分析与实现

首先分析了无载频脉冲式超宽带雷达检测生命信号的检测原理，论证了基于频谱搜索检测生命信号的方法；然后介绍了一款新颖的无载频脉冲式超宽带生命信号检测雷达系统。该雷达发射机结构简单，能产生Vp-p为2～10V、脉冲宽度为300～500ps、脉冲重复频率大于10MHz的超短脉冲。接收机利用PNP和NPN微波三极管的互补特性，产生一对平衡对称的超短门脉冲控制二极管桥的导通与截止，实现对天线接收到的信号进行采样，从而完成等效采样接收。依据人体呼吸信号的频谱特性，搜索包含具有最大功率谱的生命信号的快时间点、提取位于快时间点和不同慢时间点的雷达信号得到生命信号。实验证明，该雷达系统能实时实现人体生命信号非接触式检测。

SQUID在被动生命信号检测中的应用前景

从生物电磁效应的概念出发,简要介绍了人体及其周围的电磁特性;重点介绍了能探测人体电磁信号的超导量子干涉仪;通过灵敏度分析证实了SQUID可以用来探测微弱的人体电磁信号;提出了将已经广泛应用于医学的SQUID转而通过探测人体电磁信号来进行被动生命信号检测的应用研究;希望能为地震灾害与煤矿瓦斯灾害等搜救工作提供一定的帮助。

生命信号探测的研究

随着我国的快速发展,人口密集、资源依赖、社会安全等问题也日渐凸显。自然或人为灾害导致的人员伤亡事故与日俱增。矿难、地震等事故后抢救的事实证明:开展快速有效的生命探测定位的研究具有十分重要的意义。本文利用多普勒原理,对生命信号特征、连续波雷达信号的检测做以介绍,并提出基于小波的处理改进算法,通过两种算法的仿真对比,得出小波算法在人员定位领域具有其他算法不具备的优势,为今后国内人员定位系统领域的研究提供借鉴。

有耗分层媒质中生命信号的传输特性

目的 频率域上研究生命信号在分层媒质中的传输特性 .方法 利用电磁波传输理论与计算机仿真相结合 ,对有耗分层媒质反射系数、透射系数、介质损耗系数、介质界面传输系数等传输特性在整个复频域内特性的分析与比较 ,分析生命信号在有耗层状媒质中传输的频率特性 .结果 给出了生命信号 (载波为毫米波段 )在其中传输时场强振幅损耗、界面传输系数与载波频率、媒质分层厚度之间的关系 ,得出各介质参数及发射频率与传输特性的关系 ,理论分析与计算结果一致 .结论 在同一种有耗媒质中 ,在一定范围内 ,频率越高 ,信号振幅衰减越大 ,传输的距离越近 。

小波变换在生命信号提取中的应用

主要研究在墙等固定物体强杂波背景下,对人体心跳、呼吸所产生的多普勒频移信号的检测和提取,由于生命信号是一种微弱的低速目标信号,回波信号将会湮没在杂波噪声中。基于以上考虑,提出利用小波变换的多分辨率特性,选择合适的小波基,采用Mallat算法,主要完成在噪声背景下对生命信号的提取、抑制杂波、提高信噪比3个方面的研究,通过对目标信号的分解、通道提取以及目标信号重构,能更加精确、有效地提取目标信号,实时性和应用性更强。