[發(fā)明專利]一種基于VMD的FMCW雷達生命信號檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110441524.4
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113116320A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳旭;盧宇逍;肖鎮(zhèn)江;李連鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學;網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 任志艷

1.一種基于VMD的FMCW雷達生命信號檢測方法，其特征在于，所述生命信號是指代表呼吸和心跳的合成信號，具體步驟如下：

步驟1，F(xiàn)MCW雷達采集原始數(shù)據(jù)，F(xiàn)MCW雷達發(fā)射信號S_Tx和回波信號S_R混頻后，得到中頻信號；

步驟2，根據(jù)中頻信號的相位提取體表微動位移信息，重建生命信號；

步驟3，采用VMD對步驟2中得到的生命信號進行處理，分離出預(yù)設(shè)數(shù)量為K的IMF分量和一個殘差；

步驟4，對步驟3所得的各個模態(tài)分量的波形圖進行頻譜分析，得到呼吸心跳時域和頻域特征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于VMD的FMCW雷達生命信號檢測方法，其特征在于，設(shè)鋸齒波調(diào)制的FMCW雷達中心頻率為f_c，帶寬為B，調(diào)頻周期為T，k為調(diào)頻斜率，則k＝B/T，而t為快時間，隨調(diào)頻周期數(shù)變化，φ為相位；因此，在每個調(diào)頻周期內(nèi)，發(fā)射信號S_Tx為：

體表與雷達距離為R(τ)＝R+x(τ)，其中R為雷達到目標體表運動中心的距離，x(τ)為體表微動位移；

體表微動位移x(τ)＝A₁sin(2πf₁τ)+A₂sin(2πf₂τ+φ)，其中，A1為心跳引起的體表微動位移幅度，A2為呼吸引起的體表微動位移幅度，f1為心跳頻率，f2為呼吸頻率，τ為慢時間，φ為呼吸信號和心跳信號的相位差；

回波延遲時間為：其中，c為光速，τ為慢時間；

因此，一個調(diào)頻周期內(nèi)回波信號S_R可以表示為：S_R(t)＝σ*S_Tx(t-t_d)；，其中，σ為回波信號幅度；

發(fā)射信號S_Tx和回波信號S_R混頻后，得到中頻信號：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于VMD的FMCW雷達生命信號檢測方法，其特征在于，步驟2中根據(jù)中頻相位提取體表微動位移信息，重建生命信號，具體步驟為：

步驟2.1，中頻信號中包含微動位移，中頻信號中的中頻相位為

步驟2.2，由于FMCW雷達信號幀周期較短，在一個幀周期內(nèi)的體表微動位移△x(t)，近似等于微動位移導數(shù)x'(t)與幀周期長度△t的乘積：

在△t時間內(nèi)微動位移的變化量為：

|△x(t)|＝2π|f₁A₁cos(2πf₁t)+f₂A₂cos(2πf₂t+φ)|△t≤2π(f₁A₁+f₂A₂)△t

可據(jù)上式估算出調(diào)頻周期內(nèi)最大位移，并根據(jù)雷達中頻信號相位與位移的關(guān)系及LNA放大倍數(shù)建立體表微動位移與數(shù)字中頻信號的映射關(guān)系，調(diào)整數(shù)字中頻信號幅值使相位變化在(-π,π)區(qū)間內(nèi)；

步驟2.3，設(shè)采樣時間為M個周期，調(diào)頻周期為T，對每一個調(diào)頻周期內(nèi)的采樣點做N點FFT；幅值最大處對應(yīng)目標瞬時距離，取最大幅值處相位，得到M個周期的中頻相位

步驟2.4，求出相鄰周期的相位差根據(jù)步驟2.1中頻相位與位移的關(guān)系可得每個調(diào)頻周期內(nèi)的位移和相位差成正比，累積相位差恢復(fù)位移，從而以1/T_f為采樣頻率恢復(fù)生命信號，其中T_f為幀周期。