超宽带雷达生命微动信号探测方法与技术实现

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhttllzzwei
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超宽带(UWB:Ultra Wideband)雷达生命探测作为一种新兴的非接触生命探测技术,得到了国内外的广泛关注和重视。UWB雷达生命微动探测研究通常包括两个方面,一是生命信号检测算法的数值仿真与相关实验研究,二是高精度UWB雷达系统的设计与实现。本文围绕 UWB雷达生命探测这一主题,针对国家自然科学基金项目、国家863项目和中科院知识创新重要方向性项目等课题研究需求,分别开展了理论研究、数值仿真、生命信号的探测实验和UWB雷达样机研发等几方面工作。论文的主要工作和创新性成果包括:   1.根据参数估计理论,结合UWB信号模型,分析了脉冲UWB雷达生命信号频率检测的参数影响,结果表明,观测时窗、发射脉冲带宽和系统信噪比共同影响UWB雷达生命信号频率检测的精度,心跳信号较呼吸信号需要更严格的检测条件。对生命信号频率检测公式Cramer-Rao下界提出了修正方法,并进行了实验数据验证。   2.高效可靠的检测算法是生命探测雷达的主要难题之一。通过理论分析和数值仿真计算,对比分析了平均去除法、廓线去除法和主元分析法的杂波抑制效果,以及基于小波分解和基于经验模态分解的呼吸心跳信号重构算法。考虑不同应用环境要求,从杂波抑制、信号提取与重构以及检测判决入手,分别设计了适合近距离呼吸、心跳波形提取应用的分离算法和远距生命探测判决算法。通过不同检测条件下的实验测试和数据处理分析,验证了算法的有效性和可靠性。   3.环境参数、人体状态对UWB生命检测有着重要影响。论文通过实验场景的设置,采用分别改变人体姿态、人体目标距离、天线方位角、天线极化方式等方法,开展了UWB回波测量实验,并结合远距生命探测判决算法对UWB回波信号进行了处理和分析,研究了上述各因素对生命信息探测的影响。   4.生命检测雷达系统一体化设计与研制是实现UWB生命检测技术的目标。论文通过系统总体参数优化,高精度时序控制技术与嵌入式控制核心开发,操作系统软件移植定制、实时显示和算法处理软件集成等软硬件研发,成功研制的UWB雷达样机,经实验检测表明系统性能指标达到设计要求。
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