[发明专利]基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测方法

说明书

一种基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测方法，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。本发明利用子空间算法，摆脱了现有的数字波束成形极易受到外来信号干扰、信噪比低、成像效果差、依赖大阵列尺度的缺陷，实现了室内高精度的多目标生命体定位，进而对目标存在位置进行进一步的生命体征探测。

技术领域

本发明涉及一种数字波束成形领域的技术，具体是一种利用MIMO雷达基于数字波束成形和子空间法的多目标生命体征探测方法。

背景技术

数字波束形成(Digital Beamforming，DBF)指的是对于天线阵列而言，在数字域中，对每一个天线接收下来的信号进行幅度和相位的控制，以达到整体阵列在某一方向是形成波瓣的效果，是MIMO雷达进行多目标多角度分辨的常用方法。但是，在应用于室内多目标生命体征监测时，由于雷达接收到的信号并不仅仅包含了发射信号的回波，还有发射信号的各种散射回波、杂散回波、空间噪声、干扰信号等等。因此简单的利用接收阵列单元间的相位差，往往无法精确求得目标生命体的角度位置信息，从而无法完成高精度的空间定位以及进一步的生命体征监测。子空间法作为来波角度估计的解析方法，能够提供超分辨率，但存在只能解决一个维度、收到阵列物理口径限制的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测方法，利用子空间算法，摆脱了现有的数字波束成形极易受到外来信号干扰、信噪比低、成像效果差、依赖大阵列尺度的缺陷，实现了室内高精度的多目标生命体定位，进而对目标存在位置进行进一步的生命体征探测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于子空间法和DBF的多目标生命体征探测方法，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/竖直平面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。

技术效果

本发明整体解决了现有的MIMO雷达对于室内多目标生命体征检测无法获得高精度的定位信息和易受到周围杂波干扰导致定位不准确的不足；与现有技术相比，本发明揭示出的新的技术手段为：利用子空间法分别在水平和竖直平面内进行来波角度方向的估计，再将两个信号子空间相乘获得候选目标信号子空间，接着只对候选目标信号子空间内的角度进行数DBF波束赋形以及判断，从而得到三维空间中目标的定位，通过该技术手段，本发明在60GHz的3T4R的MIMO FMCW雷达平台上进行验证，在4GHz的带宽内，可以实现角度分辨率为1°，距离分辨率为5cm的精确多目标生命体定位，进而完成多目标生命体征探测的结果。相比于现有的基于DBF的空间成像算法，其效率及运算速度提升均超过100倍。

附图说明

图1为本发明系统示意图；