[發(fā)明專利]基于頻譜感知和超寬帶雷達(dá)的井下人員生命體征監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011620538.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112826462A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓濤;凌六一;周孟然;曹珍貫;梁喆;王成軍;黃友銳;徐善永;胡峰
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

1.基于頻譜感知和超寬帶雷達(dá)的井下人員生命體征監(jiān)測方法，其特征在于，包含頻譜感知、人員定位和生命體征監(jiān)測三個(gè)階段，具體步驟如下：

步驟S1、在井下巷道均勻安裝J個(gè)UWB雷達(dá)模塊，相鄰兩UWB雷達(dá)模塊間隔長度為L；

步驟S2、設(shè)人員在井下巷道處于UWB雷達(dá)模塊j和UWB雷達(dá)模塊j+1之間，1≤j≤J，則UWB雷達(dá)模塊j和UWB雷達(dá)模塊j+1分別將其可通信的無線頻帶初始化分成I個(gè)子頻帶，并采用頻譜感知方法判斷可通信的無線頻帶的子頻帶占用情況，探測其空閑子頻帶；

步驟S3、UWB雷達(dá)模塊j和UWB雷達(dá)模塊j+1分別從其空閑子頻帶類中選擇一個(gè)空閑子頻帶，然后分別發(fā)射一階高斯脈沖波并在一段時(shí)間后接收到對應(yīng)回波，根據(jù)UWB雷達(dá)模塊j和UWB雷達(dá)模塊j+1發(fā)射一階高斯脈沖波和接收回波的時(shí)間差得出井下人員分別與UWB雷達(dá)模塊j和UWB雷達(dá)模塊j+1的距離，進(jìn)而得出井下人員的位置；

步驟S4、對UWB雷達(dá)模塊j或UWB雷達(dá)模塊j+1接收到的回波進(jìn)行預(yù)處理，得到處理后回波信號A'，再根據(jù)井下人員與UWB雷達(dá)模塊j或UWB雷達(dá)模塊j+1的距離，從接收到的處理后回波信號A'中選擇距離人員最近的采樣向量A'(v),v∈[1,V-1]，V是接收到的脈沖序列數(shù)，采用變分模態(tài)分解算法對A'(v)信號進(jìn)行變換與分解，從分解結(jié)果中獲得人員生命體征參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜感知和超寬帶雷達(dá)的井下人員生命體征監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S2的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

S21、將UWB雷達(dá)模塊j或UWB雷達(dá)模塊j+1的可通信無線頻帶劃分為I個(gè)子頻帶，得到Ch_i＝{Ch₁,...,Ch_I}，Ch_i表示第i個(gè)子頻帶，i∈[1,I]，并設(shè)置中心點(diǎn)距離閾值為T_c，迭代次數(shù)為N_c；

S22、接收第i個(gè)子頻帶Ch_i的信號并對其進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換采樣，然后通過下式計(jì)算所有子頻帶的能量：

其中，P_i為第i個(gè)子頻帶Ch_i的能量，y_i(n)為第i個(gè)子頻帶Ch_i的信號的第n個(gè)采樣點(diǎn)的信號大小，N為第i個(gè)子頻帶Ch_i的信號的采樣點(diǎn)總數(shù)；

S23、根據(jù)計(jì)算的所有子頻帶的能量，選擇能量最大的子頻帶作為占用子頻帶類中心點(diǎn)Ch_co，其能量記為P_co；選擇能量最小的子頻帶作為空閑子頻帶類中心點(diǎn)Ch_cf，其能量記為P_cf；

S24、分別計(jì)算所有子頻帶到占用子頻帶類中心點(diǎn)Ch_co和空閑子頻帶類中心點(diǎn)Ch_cf的能量距離，計(jì)算公式為：

d(P_i,P_co)＝||P_i-P_co||²；

d(P_i,P_cf)＝||P_i-P_cf||²；

其中，d(P_i,P_co)為第i個(gè)子頻帶Ch_i到占用子頻帶類中心點(diǎn)Ch_co的能量距離，d(P_i,P_cf)為第i個(gè)子頻帶Ch_i到空閑子頻帶類中心點(diǎn)Ch_cf的能量距離；

并根據(jù)d(P_i,P_co)和d(P_i,P_cf)的大小，對P_i對應(yīng)的第i個(gè)子頻帶Ch_i進(jìn)行分類，完成對I個(gè)子頻帶的聚類，最終得到占用子頻帶類為C_O＝{C_Oi′},1≤i′≤O，C_Oi′為第i′個(gè)占用子頻帶，O為占用子頻帶總數(shù)；空閑子頻帶類為C_F＝{C_Fi″},1≤i″≤F，C_Fi″為第i″個(gè)空閑子頻帶，F(xiàn)為空閑子頻帶總數(shù)；

S25、根據(jù)公式計(jì)算占用子頻帶類中所有占用子頻帶的能量均值P_Oj是占用子頻帶類中第j個(gè)占用子頻帶的能量值；并根據(jù)公式計(jì)算空閑子頻帶類中所有空閑子頻帶的能量均值P_Fj是空閑子頻帶類中第j個(gè)空閑子頻帶的能量值；然后根據(jù)下式計(jì)算能量均值距離d_c：

若d_cT_c，則跳轉(zhuǎn)至步驟S26；若d_c≤T_c，則跳轉(zhuǎn)至步驟S27；

S26、判斷迭代次數(shù)N_c是否等于0；如是，則跳轉(zhuǎn)至步驟S27；否則，令N_c-1，更新占用子頻帶類中心點(diǎn)的能量為更新空閑子頻帶類中心點(diǎn)的能量為并返回步驟S24繼續(xù)進(jìn)行迭代更新；

S27、聚類完成，輸出UWB雷達(dá)模塊j或UWB雷達(dá)模塊j+1的占用子頻帶類和空閑子頻帶類；

S28、每間隔T時(shí)間后，重新執(zhí)行S21-S27，更新UWB雷達(dá)模塊j或UWB雷達(dá)模塊j+1的占用子頻帶類和空閑子頻帶類。