一種基于uwb生物雷達的多個人體目標估算方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法及系統(tǒng)，屬于生物雷達生命探測【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明在對采集得到的回波數(shù)據(jù)的處理上，先在各通道內(nèi)采用呼吸檢測算法、自適應(yīng)對消方法和目標識別算法進行處理，然后根據(jù)該處理結(jié)果在各通道間進行相關(guān)處理，最后設(shè)定閾值去除通道內(nèi)處理殘留的雜波，同時實現(xiàn)目標分類和個數(shù)估計。本發(fā)明的人體目標個數(shù)的估算方法，為進一步實現(xiàn)多個人體目標的生物雷達探測和定位奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，有助于提升生物雷達技術(shù)獲取人體信息的水平和能力。
【專利說明】一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物雷達生命探測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]生物雷達是一種用于生命體目標探測和識別的特殊雷達技術(shù)。該技術(shù)主要以人體為探測目標，以雷達發(fā)射的電磁波為載體來獲取人體目標的信息。它的最大的優(yōu)勢是具備穿透墻壁、廢墟等障礙物的能力，因此在國家安全、應(yīng)急救援等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]在實際應(yīng)用中，人們首先關(guān)注的是是否有人存在，即是否至少有一個人存在。因此現(xiàn)階段生物雷達技術(shù)基本以單個目標的探測為主。隨著這一技術(shù)的實現(xiàn)，人們會進一步關(guān)注人體目標的數(shù)量，即到底有多少人存在。比如說地震發(fā)生后搜尋廢墟下壓埋的幸存者，反恐行動中隔墻監(jiān)視建筑物內(nèi)的恐怖分子等。但是到目前為止，尚沒有方法解決這一問題，特別是在沒有任何先驗知識的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法及系統(tǒng)，該方法基于多天線UWB生物雷達系統(tǒng)，能夠在不具備先驗知識的條件下準確估算出人體目標個數(shù)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算系統(tǒng)，包括雷達主機、天線陣列和計算機，所述的雷達主機包括脈沖發(fā)生器、發(fā)射機、中央控制器、延時器及若干個接收單元；所述的天線陣列包括I個發(fā)射天線和3個接收天線，發(fā)射天線與雷達主機的發(fā)射機相連，每個接收天線與一個接收單元相連形成一個雷達回波數(shù)據(jù)通道；所述的接收單元包括接收機及與接收機相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端均與中央控制器相連，中央控制器與計算機交互實現(xiàn)通信；
[0007]脈沖發(fā)生器產(chǎn)生周期性窄脈沖信號:一部分送至發(fā)射機整形，然后通過發(fā)射天線輻射出去；另一部分窄脈沖信號被送至延時器產(chǎn)生控制信號，并觸發(fā)接收單元對回波信號在距離上進行選擇性接收。
[0008]所述天線陣列采用線陣排列方式，以發(fā)射天線為中心，第一接收天線與發(fā)射天線相鄰設(shè)置，第二接收天線和第三接收天線分別對稱設(shè)置于發(fā)射天線的兩側(cè)，且第二接收天線、第三接收天線與發(fā)射天線的距離均為0.3?lm。
[0009]所述各個獨立的回波數(shù)據(jù)通道間采用加強電源隔離設(shè)計。
[0010]UffB生物雷達采用沖激脈沖體制，發(fā)射脈沖的寬度控制在ns級別，對應(yīng)的頻譜寬度和中心頻率均為500MHz ;發(fā)射天線與接收天線均采用蝶形偶極子天線，且與雷達主機之間使用屏蔽同軸線纜連接。
[0011]一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，包括以下步驟:[0012]I)數(shù)據(jù)采集
[0013]UWB生物雷達系統(tǒng)的若干個雷達回波數(shù)據(jù)通道采樣后，將得到的回波數(shù)據(jù)送至計算機進行存儲和處理；
[0014]2)通道內(nèi)處理
[0015]首先，對得到的回波數(shù)據(jù)采用呼吸檢測算法獲取人體呼吸信號；其次，對檢測到的人體呼吸信號采用自適應(yīng)對消方法抑制不同人體目標之間呼吸信號的相互干擾；最后，通過目標識別算法設(shè)定能量閾值對目標個體進行識別；
[0016]3)通道間處理
[0017]對步驟2)識別到的每個通道內(nèi)的人體目標識別點對應(yīng)的波形按照式(I)計算通道間的相關(guān)系數(shù)rij:
【權(quán)利要求】
1.一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算系統(tǒng)，其特征在于，包括雷達主機、天線陣列和計算機，所述的雷達主機包括脈沖發(fā)生器、發(fā)射機、中央控制器、延時器及若干個接收單元；所述的天線陣列包括I個發(fā)射天線和3個接收天線，發(fā)射天線與雷達主機的發(fā)射機相連，每個接收天線與一個接收單元相連形成一個雷達回波數(shù)據(jù)通道；所述的接收單元包括接收機及與接收機相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端均與中央控制器相連，中央控制器與計算機交互實現(xiàn)通信； 脈沖發(fā)生器產(chǎn)生周期性窄脈沖信號:一部分送至發(fā)射機整形，然后通過發(fā)射天線輻射出去；另一部分窄脈沖信號被送至延時器產(chǎn)生控制信號，并觸發(fā)接收單元對回波信號在距離上進行選擇性接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠估算多個人體目標的UWB生物雷達系統(tǒng)，其特征在于，所述天線陣列采用線陣排列方式，以發(fā)射天線為中心，第一接收天線與發(fā)射天線相鄰設(shè)置，第二接收天線和第三接收天線分別對稱設(shè)置于發(fā)射天線的兩側(cè)，且第二接收天線、第三接收天線與發(fā)射天線的距離均為0.3~lm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠估算多個人體目標的UWB生物雷達系統(tǒng)，其特征在于，所述各個獨立的回波數(shù)據(jù)通道間采用加強電源隔離設(shè)計。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項所述的一種能夠估算多個人體目標的UWB生物雷達系統(tǒng)，其特征在于，UffB生物雷達采用沖激脈沖體制，發(fā)射脈沖的寬度控制在ns級別，對應(yīng)的頻譜寬度和中心頻率均為500MHz ;發(fā)射天線與接收天線均采用蝶形偶極子天線，且與雷達主機之間使用屏蔽同軸線纜連接。
5.一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)數(shù)據(jù)采集 UWB生物雷達系統(tǒng)的若干個雷達回波數(shù)據(jù)通道采樣后，將得到的回波數(shù)據(jù)送至計算機進行存儲和處理； 2)通道內(nèi)處理 首先，對得到的回波數(shù)據(jù)采用呼吸檢測算法獲取人體呼吸信號；其次，對檢測到的人體呼吸信號采用自適應(yīng)對消方法抑制不同人體目標之間呼吸信號的相互干擾；最后，通過目標識別算法設(shè)定能量閾值對目標個體進行識別； 3)通道間處理 對步驟2)識別到的每個通道內(nèi)的人體目標識別點對應(yīng)的波形按照式(I)計算通道間的相關(guān)系數(shù)rij:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于，步驟2)所述的呼吸檢測算法具體為: 首先，根據(jù)UWB生物雷達系統(tǒng)提供的距離信息，對回波數(shù)據(jù)在距離上進行滑動平均處理，提高回波數(shù)據(jù)的信噪比； 其次，去除回波數(shù)據(jù)中不隨時間變化的靜態(tài)背景雜波； 再次，利用人體呼吸的窄帶特性，采用自適應(yīng)算法將人體呼吸與噪聲進行分離； 最后，根據(jù)人體呼吸的緩變特征進行低通濾波，得到雷達檢測到的人體呼吸信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于，步驟2)所述的自適應(yīng)對消方法是將經(jīng)呼吸檢測算法處理后的回波數(shù)據(jù)中某一距離點的波形作為輸入信號，該距離點之前人體目標的呼吸信號作為參考信號，用兩路信號相減后得到誤差信號去修正自適應(yīng)濾波器的系數(shù)；如果輸入對應(yīng)某一目標距離點信號，該流程會對消前面目標的拖尾干擾，輸出該目標的呼吸信號；如果輸入信號為前面目標呼吸運動引起的拖尾，則經(jīng)對消后輸出信號為零；其中，所述的自適應(yīng)濾波器采用LMS算法實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于，步驟2)所述的目標識別算法是將經(jīng)自適應(yīng)對消的方法處理過的數(shù)據(jù)在時間上進行累積，得到一維的能量-距離分布，該分布中人體目標對應(yīng)距離上會出現(xiàn)能量峰值，對該能量峰值設(shè)定閾值進行有無目標的二元判斷，即可識別出目標。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于，所述的有無目標的二元判斷是指: 首先，設(shè)定能量閾值Thl和相關(guān)閾值Th2 ;能量閾值Thl用于判斷有無目標，選取目標點能量Etjbj,雜波點能量E du,當E&j/Edu大于能量閾值Thl時,則判斷該距離點上為目標并輸出為1，否則輸出O ;相關(guān)閾 值Th2用于選取雜波點，識別窗內(nèi)除目標點外能量最大且波形與目標點波形相關(guān)系數(shù)小于相關(guān)閾值Th2的點被視為雜波點,該點能量作為Edu。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于UWB生物雷達的多個人體目標估算方法，其特征在于:所述的能量閾值Thl和相關(guān)閾值Th2均為經(jīng)驗值，且Thl=2，Th2=0.6。
【文檔編號】G01S13/88GK103616729SQ201310544785
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】呂昊, 王健琪, 荊西京, 李釗, 于霄, 焦騰, 張楊, 薛慧君 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)