[发明专利]基于CPPWM-MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法

说明书

本发明属于灾害检测领域，公开了一种基于CPPWM‑MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法,装置包括CPPWM信号发生器、多个功率放大器、阵列天线、多个低噪放大器、多通道高速混合采样器和数据处理系统；阵列天线包括多个发射天线和多个接收天线，CPPWM信号发生器同时产生正交的多路CPPWM探测信号和与之对应的多路CPPWM参考信号；每个CPPWM探测信号分别经功率放大器与发射天线连接，每个接收天线的输出端分别经低噪放大器与多通道高速混合采样器连接；每个CPPWM参考信号分别与多通道高速混合采样器连接；多通道高速混合采样器与数据处理模块连接，数据处理系统用于计算分析，得到生命体检测结果。本发明具有不受环境温度、噪音、现场可见度和外界电磁干扰影响等优点。

技术领域

本发明属于灾害检测领域，具体涉及一种基于CPPWM-MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法。

背景技术

生命探测雷达主动发射电磁波穿透障碍物，通过接收和分析被困人员反射的回波，识别呼吸等生命信号，从而判断废墟下是否掩埋有幸存者。相比于传统的基于红外线、音频、声波和光学成像的生命探测仪(传感器与微系统,Vol.30,p.8-10,2011)，生命探测雷达具有不受环境温度、噪音和现场可见度影响等明显优势。

现有的生命探测雷达主要包括连续波多普勒雷达(IEEE Trans.Microw.TheoryTechn.,Vol.61,p.2046-2060,2013)、线性调频连续波雷达(IEEE Trans.Microw.TheoryTechn.,Vol.62,p.1387-1399,2014)、步进频率连续波雷达(IEEE J.Sel.TopicsAppl.Earth Observ.,Vol.7,p.775-782,2014)、脉冲超宽带雷达(IEEETrans.Geosci.Remote Sens.,Vol.52,p.7195-7204,2014)以及伪随机码超宽带雷达(IEICE Electron.Expr.,Vol.11,p.1-7,2014)。连续波多普勒雷达发射单频连续波作为探测信号，通过解调人体目标引起的回波相移/频移获得呼吸、心跳等生命信号，但其无法精确定位人体目标。其余雷达则是在获取人体目标一维距离的基础上，进一步通过测量距离随观测时间的变化规律来获得呼吸信号。现有生命探测雷达多采用单发单收结构，其存在以下缺陷：1.只能逐点搜寻，耗时长且探测效率低，延误搜救时间；2.只能获得人体目标的呼吸信号和一维距离向信息，无法得到其方位向信息，导致废墟下如果掩埋多个呼吸频率和埋藏深度相近的人体，生命探测雷达无法准确区分和识别。

此外，现有生命检测算法采用多种杂波抑制和噪声分离算法的组合，对各类杂波和噪声进行逐层抑制或消除，以期望得到“干净”的生命信号。例如：经验模态分解(EMD)(科技导报,Vol.32,p.36-42,2014)、集成经验模态分解(EEMD)(Sensors,Vol.16,2016)以及多重高阶累计量(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.50,p.1254-1265,2011)被用于抑制噪声干扰。基于线性最小二乘拟合(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.48,p.2005-2014,2009)的线性趋势去除法(LTS)(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.50,p.3132-3142,2012)被用于去除静态杂波和线性趋势。奇异值分解(SVD)(Digit.Signal Process.,Vol.74,p.72-93,2018)被用于去除静态杂波。然而，生命检测算法包含的杂波抑制/去噪算法越多，算法内部的控制参量也越多，不仅加大了自适应调节的难度，也增加了处理时间，降低了算法的鲁棒性和实时性。

发明内容

本发明为解决现有生命探测雷达在灾后低信噪杂比环境中搜寻多生命体时存在的虚警率和漏警率高的问题，提出了一种基于CPPWM-MIMO雷达的多生命体智能检测装置及方法。