[發明專利]一種基于多方法融合的人體微弱呼吸信號增強方法

有效

• 申請號: 201811599365.5
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109557520B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 侯興松;黑夏萌
• 申請（專利權）人: 蘇州天必佑科技有限公司
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/88
• 代理公司: 蘇州銘浩知識產權代理事務所(普通合伙) 32246
• 代理人: 朱斌兵

1.一種基于多方法融合的人體微弱呼吸信號增強方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）應用探地雷達采集回波數據，雷達天線為一發一收式，距離向采樣M個點，慢時間采樣N道數據，并將采樣數據量化為16位存儲的M N大小的信號矩陣R，將其作為本發明所使用的原始數據；

2）對原始雷達數據進行背景去除、雜波去除的預處理方法得到預處理后的信號矩陣，分別采用自動增益控制法和局部歸一化法的弱信號增強方法對預處理后的信號矩陣進行處理，得到通過信號功率增強微弱信號的信號矩陣和通過遠距離微弱信號增強的信號矩陣；

3）對步驟2）中得到的信號矩陣進行距離向增強，在快時間方向將其與對應增強系數相乘，得到距離向增強的信號矩陣，再進行全局歸一化得到信號矩陣；

4）利用步驟2）中得到的信號矩陣和步驟3）中得到的信號矩陣，通過模擬仿真同樣場景得到回波信號矩陣，經過局部歸一化處理得到；

5）設置一些與信號矩陣、、有關的特定約束條件，計算不同方法的融合系數、；

6）對融合系數和處理過的數據進行加權得到新的數據：

將最優加權系數、帶入計算公式可得到最終加權融合后的信號矩陣，融合兩種增強方法的結果，同步實現了兩種優勢，避免了一種方法有效、另一種方法無效的情況，保障了微弱信號的增強；

因此，最后加權融合增強后的信號矩陣可用下面的公式來表示：

其中，在步驟5）中分別計算了信號矩陣和信號矩陣的加權系數：

假設加權融合處理后的信號矩陣：

式中，假設、分別是最優加權系數；計算最優加權系數、，根據如下最優約束條件：

其中，是均值運算，計算可求得、。

2.如權利要求1所述的一種基于多方法融合的人體微弱呼吸信號增強方法，其特征在于，在步驟2）中具體的實施方法為：

在預處理階段，首先對原始信號矩陣R累積回波數據并計算平均值得到估計的背景回波，然后將其從原始回波矩陣R中減去，再對其用線性趨勢抑制法去除慢時間線性趨勢，得到處理后的信號矩陣；在弱信號增強階段，自動增益控制法根據信號功率大小設置自動調節的增益掩模對信號矩陣進行調整，信號功率大，增益小，信號功率小，增益大，以達到增強弱信號的目的，得到信號矩陣，局部歸一化法首先對信號矩陣的每一慢時刻回波數據減去根據指數平均法計算所得的估計背景，然后對每一慢時刻回波，都在快時間上取最大回波值對回波數據進行歸一化，然后在最大值之后的時刻取最大回波值再進行歸一化，以此類推，最后得到信號矩陣。

3.如權利要求1所述的一種基于多方法融合的人體微弱呼吸信號增強方法，其特征在于，在步驟3）中進行距離向增強：

由于遠距離目標回波信號弱，因此根據目標與雷達之間的距離關系，對信號矩陣在距離向對信號進行增強，將信號與對應距離的采樣點決定的增強系數相乘：，其中，為電磁波傳播快時間采樣點，=1, 2,…, M，t 為慢時間時刻，t=1, 2,…, N，為增益系數，這里取1.0005；

對信號矩陣進行上述增強系數相乘加權，由于加權系數與快時間采樣點有關，可以實現遠距離信號的增強。

4.如權利要求1所述的一種基于多方法融合的人體微弱呼吸信號增強方法，其特征在于，在步驟4）中通過模擬仿真得出理論回波矩陣，對其進行處理作為參考標準：

通過對理想回波進行步驟2）中的預處理及局部歸一化處理得到信號矩陣，由于仿真的理想回波使用局部歸一化處理后增強效果更佳明顯，因此這里采用局部歸一化法。