[发明专利]一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达式生命探测技术领域，涉及一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法。

背景技术

超宽带(Ultra-Wideband，UWB)生物雷达融合了雷达技术和生物医学工程技术，通过发射出的电磁波穿透非金属介质(木板、墙壁、废墟等)，检测到生命体目标的体动，或者呼吸、心跳等生命体征引起的体表微动，并以此为依据探测和识别生命体目标。与基于红外、光学和超声的探测技术相比，UWB生物雷达因其具有非接触、穿透性强、能够获得目标距离信息、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于医学、军事、反恐等领域，特别是在地震、塌方等灾害发生后的应急救援中，具有不可替代的优势。

目前的UWB生物雷达技术多采用冲激脉冲(Impulse Radio,IR)雷达，它是以固定的脉冲重复频率发射超短脉冲来实现超宽带的。IR-UWB生物雷达在地震、塌方等灾后应急救援场景中，通常采用小时窗分段探测技术来提高雷达的探测精度和回波信噪比。当目标压埋较深，距离雷达较远时，使用这种技术就会增加探测时间，影响探测效率。因此，为了能够更加快速准确的发现幸存人员，应当使用大时窗探测技术。但是当生物雷达进行大时窗探测时，由于探测环境十分复杂，雷达发射的电磁波通常需要穿透多种不同介质才能照射到被压埋的人体目标。当IR-UWB生物雷达发射的电磁波穿过两种介电常数不同的介质(如砖和空气)时，由于雷达硬件电路不可能工作在理想条件下，发射脉冲必然会产生细微抖动，原本应该静止的不同介质交界面处的雷达回波，将会随时间不断变化，产生强反射杂波。有时这种强反射杂波和人体的呼吸信号十分相近，普通的生物雷达探测技术很难将其去除，从而在识别过程中造成误判，导致雷达虚警率增高，浪费宝贵的救援时间和资源。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，该方法能够有效地去除复杂探测环境中的强反射杂波，从而提高雷达探测的准确率，节约宝贵的救援时间和资源。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于双源IR-UWB生物雷达的强反射杂波消除方法，包括以下步骤：

步骤一：双源IR-UWB生物雷达的发射天线发射雷达脉冲，雷达脉冲被人体目标反射，再通过双源IR-UWB生物雷达的接收天线接收到被人体目标反射后的雷达脉冲，即雷达原始回波信号；双源IR-UWB生物雷达包含两对具有不同中心频率的天线，每对天线均包括一个发射天线和一个接收天线，两个接收天线接收到两个具有不同中心频率的雷达原始回波信号R₁和R₂；

步骤二：对雷达原始回波信号R₁和R₂分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R₄₁和R₄₂；

步骤三：对雷达回波信号R₄₁和R₄₂进行自适应杂波消除，得到人体呼吸信号的估计值s(k)。

具体地，所述步骤二中的对雷达原始回波信号R₁和R₂分别进行预处理，得到预处理后的雷达回波信号R₄₁和R₄₂，用R表示任意一个雷达原始回波信号,具体包括以下步骤：

步骤2.1：对雷达原始回波信号R在空间域沿着快时间方向进行距离累积，得到距离累积后的雷达回波信号R₁；

步骤2.2：雷达回波信号R₁在时间域沿着慢时间方向进行归一化处理，得到归一化后的雷达回波信号R₂；

步骤2.3：对雷达回波信号R₂进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R₃；

步骤2.4:对雷达回波信号R₃进行低通滤波，得到滤波后的雷达回波信号R₄。

具体地，所述步骤2.3中对雷达回波信号R₂进行线性趋势消除，得到雷达回波信号R₃，采用的公式如下：

其中，y＝[n/N,I_N]，n＝[0,1,2,...,N-1]^T，I_N为一个长度是N且元素都是1的列向量，N为雷达回波信号R₂中包含的道信号的个数。