[发明专利]基于太赫兹多普勒雷达的远距离生命微动信号检测方法

权利要求书

1.基于太赫兹多普勒雷达的远距离生命微动信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤①：通过太赫兹多普勒雷达实时接收四路生命体反射回波信号，并通过多通道数字化仪对四路生命体反射回波信号进行数字化，标记为I₁，Q₁，I₂与Q₂，储存在电脑中；

步骤②：抑制四路生命体反射回波信号中的静态杂波；

步骤③：对滤除静态杂波的四路生命体反射回波信号中的线性趋势项进行抑制；

步骤④：分别对滤除静态杂波和抑制线性趋势后的四路信号进行复信号解调，最终得到两对解调后的信号，对解调后的信号进行对数处理，得到纯净的生命体征信号；

步骤⑤：对步骤④中的生命体征信号进行互相关运算；

步骤⑥：对步骤⑤中的信号进行均值滤波；

步骤⑦：利用集合经验模式分解对步骤⑥的结果进行处理得到重构后的生命体征信号；

步骤⑧：对重构后的生命体征信号进行傅里叶变换，得到信号频谱；

步骤⑨：对谐波分量进行抑制；

所述步骤①中的太赫兹多普勒雷达发射的太赫兹波为单频正弦波信号，采用式(1)表示为：

s(t)＝Acos(2πf_ct)                      (1)

其中，A表示信号幅度，f_c表示信号频率；

在太赫兹多普勒雷达中，将倍频、射频上变频、再耦合的方式提供本振信号；通过线性的频谱搬移降低信号的非线性相位误差，降低系统数据补偿难度；在输出端与接收端增加三个极化器；接收端通过集成的多路混频单元，同时采集四路生命体反射回波信号；四路生命体反射回波信号即为两对I/Q信号；四路生命体反射回波信号被生命体的微动信号调制；

I信号采用式(2)表示：

Q信号采用式(3)表示：

其中，d₀表示太赫兹多普勒雷达与生命体之间的距离，m_b与m_h分别表示生命体的呼吸与心跳幅度，f_b与f_h分别表示生命体的呼吸与心跳频率，λ表示波长；

所述步骤②中，静态杂波采用式(4)表示：

其中，B_n表示生命体反射回波信号，n＝1,…,N，表示数字化的回波信号的样本点；

为了抑制静态杂波，将数字化信号的每一个样本点分别减去式(4)的估计结果，表示为式(5)

滤除静态杂波后的四路信号记为I₁₁，Q₁₁，I₂₂与Q₂₂；

所述步骤③中，回波信号中的线性趋势项通过式(6)抑制：

W₁＝B_nn^Τ-X(X^ΤX)^-1X^ΤB_nn^T                     (6)

其中，B_nn为滤除静态杂波后的信号，X＝[x₁,x₂],x₁＝[0,1,…,N-1]^Τ,抑制线性趋势项后的信号记为W₁，W₂，W₃与W₄；

所述步骤④中，纯净的生命体征信号表示为式(7)和式(8)

Y₁＝ln[W₁+jW₂]                         (7)

Y₂＝ln[W₃+jW₄]                         (8)；

所述步骤⑤中采用式(9)进行互相关运算：

R＝E[Y₁*Y₂]     (9)；

所述步骤⑥中采用点均值滤波器进行均值滤波，表示为式(10)：

其中，表示小于N/7的最大整数；

所述步骤⑦中，对式(10)结果进行EEMD处理，得到多个本征模函数IMF₁,IMF₂,…与余项D，采用式(11)表示：

E＝IMF₁+IMF₂+…+IMF_v+D                (11)

其中，D被视为噪声，直接滤掉；

为了利用具有较高信噪比的IMF对信号进行重构，噪声与有效IMF之间的界限可表示为：

其中，

其中，N_v表示EEMD处理后IMF_v值的数目，C_v表示IMF_v中的最大值,O_v表示IMF_v的局部极值点的数目；

对于高斯白噪声，式(13)近似为常数；因此，当式(12)1时，认为IMF_v为噪声；

根据式(12)将IMF₁与IMF₂视为噪声进行滤除；由此得知，重构的回波信号表示为式(16)：