[發明專利]基于頻譜感知和超寬帶雷達的井下人員生命體征監測方法

在審

• 申請號: 202011620538.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112826462A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）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）人: 安徽理工大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種基于頻譜感知和超寬帶雷達的井下人員生命體征監測方法，在井下巷道均勻安裝J個UWB雷達模塊，設人員處于UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1之間，1≤j≤J，UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1分別將其可通信的無線頻帶初始化分成I個子頻帶，并采用頻譜感知方法探測其空閑子頻帶；UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1分別從其空閑子頻帶類中選擇一個空閑子頻帶，探測井下人員的位置，并對UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1的探測信號進行處理，采用變分模態分解算法分解出人員生命體征參數。選擇空閑子頻帶發射脈沖信號，保證了人員定位和生命體征監測的可靠性。

技術領域

本發明屬于煤礦井下安全監控領域，涉及一種基于頻譜感知和超寬帶雷達的井下人員定位和生命體征監測方法。

背景技術

能源資源是我國經濟社會可持續發展和國家安全的重要保障。我國的能源資源主要包括煤炭、石油和天然氣，在三大化石能源消耗結構中煤炭資源占到70％左右。隨著國民經濟的迅速發展，國家對能源的需求日趨擴大，而石油、天然氣和新能源的產量短期內仍然無法滿足需求，在今后相當長的時期內煤炭仍然是我國最主要的能源。煤炭資源在我國工業發展中的地位舉足輕重，因此保證煤炭行業健康、穩定地發展顯得非常必要和迫切。

近年來，國家高度重視煤礦安全生產工作，相繼頒布和實施了一系列煤礦安全生產相關法律法規，不斷增加安全生產投入。我國的煤炭產量90％以上來自于井工開采，且隨著淺層煤炭資源的枯竭，煤炭開采的深度不斷增加，深井開采不僅難度增大，危險性也增加。隨著礦山自動化、信息化水平的提高，生命體征監測將成為數字化礦山發展的一個重要組成部分，實現遠程生命體征監測對煤礦井下人員安全生產、應急救援工作等具有重要的意義。目前已經有部分煤礦開始使用可穿戴設備，并通過WiFi無線網絡實現井下人員的定位和生命體征的監測，但這些可穿戴設備由于防爆的要求，重量較大，且工作人員必須時刻佩戴這些監測設備，給生產帶來諸多不便。更重要的是由于井下各種用電設備種類多、數量大，產生較多的電磁干擾，使用相同無線頻帶通信的設備之間也會相互干擾，導致定位和生命體征監測性能大大下降，甚至無法使用。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種基于頻譜感知和超寬帶雷達的井下人員生命體征監測方法，以解決現有用于實現井下人員生命體征監測的可穿戴設備重量較大導致佩戴人員生產不便的問題，以及煤礦井下其他設備干擾使得現有用于實現井下人員的定位和生命體征監測的可穿戴設備性能下降甚至無法使用的問題。

本發明實施例所采用的技術方案是：基于頻譜感知和超寬帶雷達的井下人員生命體征監測方法，包含頻譜感知、人員定位和生命體征監測三個階段，具體步驟如下：

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

步驟S2、設人員在井下巷道處于UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1之間，1≤j≤J，則UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1分別將其可通信的無線頻帶初始化分成I個子頻帶，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雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1分別從其空閑子頻帶類中選擇一個空閑子頻帶，然后分別發射一階高斯脈沖波并在一段時間后接收到對應回波，根據UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1發射一階高斯脈沖波和接收回波的時間差得出井下人員分別與UWB雷達模塊j和UWB雷達模塊j+1的距離，進而得出井下人員的位置；

步驟S4、對UWB雷達模塊j或UWB雷達模塊j+1接收到的回波進行預處理，得到處理后回波信號A'，再根據井下人員與UWB雷達模塊j或UWB雷達模塊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，采用變分模態分解算法對A'(v)信號進行變換與分解，從分解結果中獲得人員生命體征參數。