超宽带雷达生命探测技术研究

超宽带(UWB)雷达生命探测技术具有功耗低、穿透性好、保密性高等优点,有利于提高灾后受困人员的生存率。系统总结了UWB雷达生命探测技术的国内外研究进展及现状。根据发射信号形式不同,将UWB雷达生命探测技术分为连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术,分别介绍了2种探测技术的原理与应用优势。基于连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术的各自特点,从探测信号发射、回波信号预处理、生命信号提取与分析3个角度,分析了UWB雷达生命探测关键技术,总结了3种关键技术的研究现状。对UWB雷达生命探测技术的研究进行展望:突破生命探测仪收发机硬件性能,提升发射信号带宽,优化射频功率放大技术,以增大穿墙探测距离;综合利用多种特征提取方法和智能模式分类方法,以及人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术,提高目标识别的精确度;研制基于多输入多输出雷达的人体目标辨识与定位装备和高精度分布式组网全极化UWB雷达生命探测仪,提升探测结果维度。

基于FMCW毫米波雷达的生命探测研究与设计

毫米波雷达能够非接触性地检测电磁波信号,FMCW毫米波雷达传感器能采集生命的呼吸和心跳等特征信号。对FMCW毫米波雷达的原理和人体生命体征信号研究分析,提出了多路信号复用技术探测方法。采用FMCW毫米波雷达传感器,STM32芯片为主控制器的方法,结合Wi-Fi无线通信技术设计一个生命探测系统。经过实验测试,系统可以在短距离非接触条件下探测生命体征信息。

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。

基于周期抽样的超宽带生命探测雷达信号处理方法

基于超宽带生命探测雷达,分析了雷达发射信号和回波信号频谱,提出了用周期抽样叠加法(PSS)对超宽带生命探测雷达回波信号进行处理。这种方法对回波信号数据进行特殊的时域周期抽样,能够将所有分散开的人体生命信息频率都无损的搬移到基带上,再将它们叠加起来,避免了由超宽带频谱分散造成的信息损耗,有效增大了人体生命信息的频率分量,与其他生命信号处理方法相比具有优势。基于超宽带生命探测雷达检测人体生命信息的原理,构建了完整的超宽带生命探测系统,并进行了实际测量,实验结果表明这种方法能够将人体生命信息的信噪比增大约2 dB。

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.

雷达式生命探测仪后端系统的研制

论述了C8051F120单片机的特点及基于C8051F120控制的雷达式生命探测仪后端系统的硬件结构、软件设计及实现方法。该系统集成度高、体积小、质量轻、易携带、操作简单,具有良好的应用前景。

连续波雷达生命信息检测和提取技术

雷达生命信号是微弱信号,常常淹没在噪声中,这些杂波噪声具有非平稳随机性,有效去噪是对有用信号提取和分离前的必要手段。本文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,通过比较不同阈值函数的去噪效果,确定最佳阈值函数。结果表明:利用提升小波变换、采用一种新型的改进软阈值函数去噪技术,信号的信噪比(SNR)和均方误差(MSE)均优于传统去噪方法。

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。

基于毫米波的非接触生命参数检测系统的研制(英文)

目的研究基于 36GHz毫米波的非接触生命参数检测系统原理和技术方法。方法将连续波雷达技术和生物医学信号处理技术相结合 ,采用了零中频、频域积累及自适应对消技术。结果在 3m距离内 ,发射功率为 1mW的条件下 ,可以穿透被褥、各类质地衣服检测到人体的呼吸、心跳信号。结论该系统有效、可行 ,其检测灵敏度高 ,对人体安全 ,天线小 ,结构简单 ,易于小型化 ,适合于长时间的非接触监护 ,特别适用于航天领域。

牲畜生命信息监测雷达的信号处理与仿真

研究牲畜生命信息优化监测问题,针对牲畜的心跳呼吸在雷达回波信号中所产生多普勒效应的信号特征,建立了生命信息监测的信号模型,设计了配套方案。采用调频中断连续波体制,通过两次傅立叶变换分别获得距离谱和多普勒谱,运用主成分分析方法获取距离信息,引入现代空间谱估计技术与对称双峰配合的方式来识别生命状态,从而获取牲畜生命信息。进行仿真的结果证明了牲畜静止时和低速移动时呼吸和心跳的对称双峰情况,并进行了信号到达角的对比分析,结果与理论要求一致,可对生命信息监测提供参考。

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。

基于信息熵估计的生物雷达弱周期信号识别技术研究

超宽带雷达近程探测人体目标多应用于特殊场合。使用单通道超宽带生物雷达穿墙探测多个静态人体目标,由于电磁波传输过程中能量衰减,目标之间和雷达天线相互位置的影响,距离雷达天线较近的人体目标能够被准确识别,而距离雷达天线较远的人体目标很难被准确识别。本文提出信息熵识别算法,通过计算不同距离点信号的频率复杂度,来确定被探测人体目标距离。实测数据结果显示本文所提出的方法有效提高多目标识别的准确率,进而提高了生物雷达的探测效率。

穿墙脉冲雷达回波信号人体微动特征识别初步研究

主要研究了超宽带雷达人体探测回波信号微动特征识别问题。在分析超宽带雷达生命特征检测原理的基础上,针对人体微动特征特点,引入能量积分识别算法,编制时窗函数,对雷达实验的多个回波数据进行小波去噪处理。结果表明,利用能量积分算法,可以识别出含有人体微动特征的信号。

UWB搜救生物雷达分段时窗探测系统的实现

本文在原有大时窗搜救生物雷达基础上,改进硬件电路设计,实现了对时窗的分段自由选择,同时进一步结合delphi多线程编程技术,通过无线网络采集雷达回波数据,对得到的回波进行信号处理给出时窗分段探测结果。新建立的搜救生物雷达分段时窗探测系统,能够控制实现任一分段时窗自由选择探测和分段时窗从前往后连续探测,该系统在探测准确性,时窗选择灵活性等方面均优于原有探测系统,可用于复杂环境的救援行动,能大幅提高灾后救援效率。

基于生命特征信号检测方法的研究

生命探测雷达是一种用途广泛的主动式生命探测设备。通过分析生命信号探测雷达实测数据,本文提出高斯色噪声杂波模型和谐波生命信号模型,根据生命信号频率极低、准周期、低信噪比、其极容易淹没在强杂波背景下的特征,本文分别用传统FIR滤波方法和小波变换滤波方法进行杂波抑制和信号检测,实验结果表明:小波变换滤波方法比传统FIR滤波方法的群延迟小,信噪比约提高4.525dB,并且计算量很小,具有较高的稳定性和有效性。

雷达式非接触生命参数信号的提取及判别

采用最小均方(LMS)算法,通过对雷达回波信号进行滤波处理来提取生命参数信号。利用超宽带冲击脉冲雷达对砖墙后的人体进行生命探测,采集雷达回波信号,运用LMS算法对回波进行生命参数信号提取。通过一系列的信号预处理后利用LMS算法可以很好地提取出回波中的生命参数信号。

一种用于人体生命信号检测的超宽带雷达设计

超宽带(UWB)技术自被提出以来,由于其功耗低、保密性好、穿透能力较强、可共享频谱资源等特点,已经在空间电子领域取得了极大的发展和应用。文章详细论述了一种能够穿越障碍物的超宽带雷达系统,并描述了该系统如何结合新的信号处理方法探测人体生命信号。文章首先提出了超宽带雷达的一种基本结构,然后分析了其各个模块硬件电路的设计方案。最后基于这种超宽带雷达,实现了人体生命探测的功能,并给出了探测人体生命信号的结果。最终实验结果表明,文中设计在超宽带系统研究方向和空间电子领域具有一定的价值和应用前景。

非接触式人体生命信号检测方法研究

目的:为实现用于医疗监护的非接触式生命信号检测,提出一种呼吸和心跳信号检测新方法。方法:基于调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)毫米波雷达,先利用快速傅里叶变换确定人体位置,然后采用微分交叉乘法解调生命信号相位,再利用分段线性插值方法去除噪声,最后采用频域滤波实现呼吸和心跳信号的分离。为了验证方法的有效性,开展人体呼吸和心跳信号检测实验,并与呼吸传感器采集的呼吸频率和智能手环采集的心跳频率进行对比。结果:基于FMCW毫米波雷达的非接触式生命信号检测方法采集的呼吸频率与呼吸传感器的匹配率达90%,心跳频率与智能手环的匹配率达88%。结论:提出的方法能够实现非接触式呼吸和心跳信号的长时间监测,可满足不适宜接触式测量设备等人群的呼吸和心跳信号的检测需求。

基于超宽带雷达及支持向量机的灾后人体呼吸信号识别方法与试验研究

与常规雷达相比,超宽带雷达具有距离分辨力高、近距离盲区小、穿透性强、目标识别率高等特点,已被广泛应用于灾后搜寻、救援工作中,以对受困生命体征目标进行生命探测。为实现使用超宽带雷达对受困生命体征目标的识别定位,本研究提出基于信号多特征提取技术及支持向量机模型的人体呼吸信号识别方法。首先,使用经验模态分解、变分模态分解及希尔伯特变换提取雷达探测信号的微多普勒特征,使用傅里叶变换提取宏观频谱特征,使用相关分析获取相关性特征;然后,以提取的信号特征为输入,使用支持向量机模型对信号进行分类,进而对人体呼吸信号进行识别,对人体位置进行定位。不同障碍物场景下的试验结果表明,本方法可有效识别砖墙、建筑楼板等遮挡物下的受困生命体征目标,并提供其位置信息。