[發(fā)明專利]一種基于UWBMIMO生物雷達(dá)的靜止人體目標(biāo)識別與定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610460405.2
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN106054156B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁福來;王健琪;李釗;呂昊;祁富貴;安強;張楊;于霄;焦騰;路國華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/88
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 李婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物雷達(dá)或雷達(dá)式生命探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于UWB MIMO生物雷達(dá)的靜止人體目標(biāo)識別與定位方法。

背景技術(shù)

生物雷達(dá)是以探測生命體為目的的新概念雷達(dá)，它將雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)工程、計算機等技術(shù)融合于一體，可穿透非金屬介質(zhì)(磚墻、廢墟等)、遠(yuǎn)距離、非接觸探測和識別生命體目標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于反恐處突、災(zāi)后搜救等場合，對保障人民群眾的生命安全具有重要作用。

目前的生物雷達(dá)主要采用單通道和多通道兩種體制。單通道雷達(dá)主要包括窄帶連續(xù)波(Continuous Wave，CW)和超寬譜(Ultra Wideband，UWB)兩種體制。其中，UWB雷達(dá)具有較強的穿透能力、良好的近場性能和目標(biāo)識別能力，特別是步進(jìn)頻率連續(xù)波體制的UWB雷達(dá)以其具有相位、可同時實現(xiàn)低中心頻率和大帶寬、發(fā)射平均功率高等優(yōu)點，是未來單通道生物雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展方向。由于單通道生物雷達(dá)不具備橫向分辨率，其回波中包含的信息是人體高維生理信息在雷達(dá)視線方向的投影，存在嚴(yán)重信息模糊。多通道生物雷達(dá)通過對多視角人體信息的融合處理提高人體目標(biāo)的探測性能，但仍存在陣元數(shù)目少，橫向分辨率差等問題。因此目前的單通道和多通道生物雷達(dá)仍存在探測虛警率高、易受動目標(biāo)干擾等問題，制約了生物雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)生物雷達(dá)是一種特殊的多通道雷達(dá)，其接收端的每個天線陣元同時接收回波信號并通過匹配濾波分選得到多路回波，從而引入了多于實際物理陣元數(shù)目的觀測通道和自由度。MIMO生物雷達(dá)利用虛擬陣元技術(shù)擴展原有物理接收陣列的孔徑長度，從而產(chǎn)生更窄的波束方向圖，提高陣列的橫向分辨率。現(xiàn)階段，MIMO生物技術(shù)主要以運動人體目標(biāo)或建筑物內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)作為探測對象，還未見關(guān)于靜止人體探測與定位方法的系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于UWB MIMO生物雷達(dá)的靜止人體目標(biāo)識別與定位方法，能夠提高對靜止人體目標(biāo)探測與識別的準(zhǔn)確率，對人體目標(biāo)進(jìn)行空間二維定位。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于UWB MIMO生物雷達(dá)的靜止人體目標(biāo)識別與定位方法，包括以下步驟：

步驟一：UWB MIMO生物雷達(dá)的多個發(fā)射天線依次分時向空間輻射電磁波信號，電磁波信號照射到人體目標(biāo)被反射，多個接收天線接收被人體目標(biāo)反射后的電磁波信號，形成多通道的雷達(dá)原始回波信號s_i，i表示等效虛擬接收通道的序號；

步驟二：對多通道的雷達(dá)原始回波信號s_i分別進(jìn)行預(yù)處理，分別得到高分辨距離像將高分辨距離像按順序排列形成三維數(shù)據(jù)矩陣

步驟三：針對三維數(shù)據(jù)矩陣采用BP成像算法得到MIMO圖像序列I；

步驟四：針對MIMO圖像序列I采用生理信號檢測與定位方法進(jìn)行處理，得到人體目標(biāo)的數(shù)目和位置。

具體地，所述步驟二中對多通道的雷達(dá)原始回波信號s_i分別進(jìn)行預(yù)處理，具體包括以下步驟：

步驟2.1：對多通道的雷達(dá)原始回波信號s_i進(jìn)行系統(tǒng)校正，得到系統(tǒng)校正后的雷達(dá)回波信號s_ci；

步驟2.2：對雷達(dá)回波信號s_ci進(jìn)行背景消除，得到處理后的雷達(dá)回波信號s_bi；

步驟2.3：對雷達(dá)回波信號s_bi進(jìn)行低通濾波，得到濾波后的雷達(dá)回波信號s_fi，雷達(dá)回波信號s_fi為頻率-慢時間二維數(shù)據(jù)矩陣；

步驟2.4：對雷達(dá)回波信號s_fi進(jìn)行距離壓縮，得到高分辨距離像為距離-慢時間二維數(shù)據(jù)矩陣。

具體地，所述步驟三中對三維數(shù)據(jù)矩陣采用BP成像算法得到MIMO圖像序列I，具體包括以下步驟：

步驟3.1：三維數(shù)據(jù)矩陣為距離-慢時間-多通道三維數(shù)據(jù)矩陣，將三維數(shù)據(jù)矩陣在某一慢時間下的雷達(dá)回波信號用S_p表示，S_p為距離-多通道的二維數(shù)據(jù)矩陣；

步驟3.2：建立空間直角坐標(biāo)系，橫軸x為方位向，縱軸r為斜距向，并根據(jù)實際需要設(shè)定成像區(qū)域；

步驟3.3：將成像區(qū)域劃分為均勻網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中包含1個像素點(x,r)；

步驟3.4：對均勻網(wǎng)格上的像素點逐點遍歷，針對每一個像素點(x,r)，采用公式得到像素點(x,r)的幅度值：