[發明專利]一種FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法

有效

• 申請號: 201611185833.5
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106821347B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 何密;粘永健;龔渝順;李永勤;陳佳偉;林哲宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第三軍醫大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/11;A61B5/113;A61B5/024;G01S13/88
• 代理公司: 重慶棱鏡智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 50222
• 代理人: 周維鋒

本發明提供一種FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法,與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：能夠同時獲取多人的呼吸和心跳信號，通過使用Coiflets小波，相比于傳統的頻域濾波，該小波能夠很好地保持重構呼吸信號的邊界和能量，尤其是對短時間信號的處理尤為明顯，采用基于雙系數LMS自適應濾波算法濾除呼吸信號的高次諧波，且該自適應濾波算法不需要額外的參考信號，由于算法中采用了遞減的搜索步長因子，能夠在濾除呼吸信號諧波的同時較好地保留心跳信號，通過選擇合適的初始步長因子，基于雙系數LMS自適應濾波方法能夠快速收斂到心跳信號，而且在較長的時間里保持較小的穩態失調，使得最終分離的心跳信號在長時間內頻率成分更加準確。

技術領域

本發明是一種FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法，涉及雷達生命探測技術和信號處理領域，具體為一種基于小波變換和雙系數LMS自適應濾波的FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法。

背景技術

基于頻率調制連續波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)寬帶雷達的多生命探測系統可穿透非金屬介質(磚墻、廢墟與衣服等)而且不易受環境溫度、熱物體的影響，較好地解決了激光、紅外探測效果受溫度影響嚴重、遇物體阻擋失效及誤報率高的問題，也克服了超聲探測效果受環境雜物反射干擾及水、冰與泥土阻擋失效等問題。FMCW寬帶生命探測雷達能在較遠距離非接觸檢測多個人體的生命特征信號(主要包括呼吸和心跳信號)，可廣泛應用于災后救援(探測廢墟、瓦礫、建筑物下是否有活的生命體存在)，以及應用于重度燒傷患者、傳染病患者、嬰幼兒和老人的臨床動態監護以及睡眠質量監測等。

在非接觸式生命體征檢測方面，FMCW寬帶雷達同時具有超寬帶(Ultra-Wideband,UWB)雷達對距離的分辨力和連續波(Continuous Wave,CW)多普勒雷達對速度的分辨力，從而可區分多個目標并提取目標的微動信息(如呼吸和心跳)，而且FMCW雷達可以做到體積小、重量輕、功耗低、實時處理，因此，FMCW寬帶雷達是非接觸生命雷達探測系統的優先選擇。到目前為止，雷達生命探測技術尚未完全解決多個靜止人體目標的識別問題。多靜止目標探測識別技術是國際生命探測領域的一個新的研究方向和難點，該技術是雷達生命探測的關鍵技術，制約著雷達生命探測儀的廣泛應用。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法，以解決上述背景技術中提出的問題,本發明使用方便，便于操作，穩定性好，可靠性高。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：一種FMCW寬帶生命探測雷達呼吸和心跳信號提取算法，包括以下步驟：

(1)通過發射機和寬帶天線向掩埋在廢墟中或藏匿在墻體后的多個人體目標發射FMCW信號，反射的回波信號經人體生命活動引入的微動調制，從而導致一些參數發生改變，通過對攜帶有人體生命體征信號的寬帶雷達回波信號進行放大、下變頻、解線調頻、正交化、濾波一系列處理，從回波中解調和分離出有用的生理信息，從而探測出在廢墟、瓦礫、建筑物下或墻體后是否有活的生命體存在；

(5)發射信號在數字域和經由高速數據采集卡得到的中頻數字接收信號進行解線調頻處理，對不同延遲時間信號進行脈沖壓縮，從而得到差頻信號，對差頻信號進行數字正交化處理，將實信號轉換成復信號，采集I個發射周期回波的復數域信號，在距離維加漢寧窗，進行距離維FFT變換，得到

再求絕對值，得到一維距離像利用恒虛警檢測器檢測目標潛在的距離單元

n(＝1,2,…,N)，

對FFT變換結果的第n(＝1,2,…,N)個距離單元進行相位解調，然后減去第n個距離單元相位的直流分量，再經滑動平均和低通濾波后進行頻譜分析；