[发明专利]基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测方法

权利要求书

1.一种基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测系统，其特征在于，包括：MIMO雷达天线收发单元、锯齿波信号发生单元、倍频器、功率放大单元、基带信号处理单元、数模转换单元和后端信号处理单元，其中：锯齿波信号发生器生成的锯齿波经倍频器和功率放大单元后通过MIMO雷达天线收发单元发射；发射的电磁波经物体反射后由MIMO雷达天线收发单元接收，接收信号依次经过基带信号处理单元进行低噪声放大和混频处理并得到中频信号，数模转换单元对中频信号依次进行滤波和ADC采样，后端信号处理单元对采样后的信号进行子空间法-ESPRIT估计，即通过子空间法提取出空间信号并建立候选目标信号子空间后，再对候选目标信号子空间中的角度方向进行数字波束成形和验证判断，实现多目标生命体征探测；

所述的MIMO雷达天线收发单元中的接收阵列包括N个单元，其中第i个单元的接收信号为x_i(t)，对于第i个单元接收信号的加权为w_i，则最终整个阵列的DBF输出为：S(t)＝W^TX(t)，其中W＝[w₁，w₂，...，w_N]为权值向量的矩阵形式，阵列接收信号为X(t)＝[x₁(t)，x₂(t)，...，x_N(t)]，当第k个权值向量取值为时，整个阵列的输出相当于在θ方向形成主瓣；

所述的多目标生命体征探测，具体包括：

步骤1、在θ和两个平面内，分别利用TLS-ESPRIT求得该平面内的来波方向，具体步骤为：当天线阵列的第一阵元到第M₀-1阵元为第一子阵列，第二阵元到第M₀阵元为第二子阵列，该两个子阵列的接收信号分别为X(t)，Y(t)，则两个子阵列只是相差了一个旋转因子B，当B＝diag[v₁，v₂，...，v_K]，其中通过计算两个子阵的自相关和互相关矩阵，得到旋转因子所对应的B奇异值为：γ_k为第k个奇异值；则水平平面内的信号子空间表达式为：同理可得竖直平面内的信号子空间表达式为

步骤2、根据来波方向，将每一个θ和相组合，构成的方向角空间；当有K个来波信号时，方向角空间的元素数量为K*K个，具体步骤为：所构成的方向角空间其中：θ和为分别为水平平面和竖直平面内的方位角，为水平平面内的信号子空间，为竖直平面内的信号子空间；

步骤3、只对该空间中每一个角度组合进行数字波束形成，计算距离谱且其他角度都置零，具体步骤为：

步骤4、最终形成3D成像和多目标分辨，具体步骤为：当需要进行距离为m米处的空间成像时，该距离处的球坐标成像图即为

所述的多目标生命体征探测是指：利用子空间法对整体室内的三维空间进行初步筛查与定位，提取出候选目标信号子空间；利用DBF方法对候选目标信号子空间中的角度进行数字波束成形和加权，进而通过幅度来判断具体的目标精确位置信息；

所述的子空间法是指：分别将水平和垂直两个平面内的信号分别存储，对这两个平面获得的信号分别进行子空间法-ESPRIT估计，从而分别得到在两个平面内的来波角度方向子空间；

所述的初步筛查与定位是指：对两个平面内分别建立的来波角度方向子空间进行判断，在总体观察空间中只选取存在于两个来波角度方向子空间中的角度作为接下来进行处理的目标，对于其他方向的信号进行置零处理，置零后的矩阵在后期DBF时不再参与运算，并在成像时保持黑色不再赋予颜色；

所述的DBF方法是指：将候选目标信号子空间中同一水平/竖直方向接收阵元所获得的信号与方向导向矢量相乘，导向矢量为相邻阵元接收平行射入电磁波时产生的相位差矩阵，通过补偿各个接收阵元所对应的相位差，以达到在导向矢量目标方向波束赋形的效果，其中：θ和为分别为水平平面和竖直平面内的方位角，为水平平面内的信号子空间，为竖直平面内的信号子空间。