基于毫米波雷达的生命体征检测技术研究

来源 :杨代鑫 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjc_0758
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呼吸和心跳是人体重要的生命体征信号。相比传统接触式的测量方式,基于雷达的非接触式检测技术受到了广泛关注,在家庭监护、抗震救灾和防疫控制等方面有着较大的应用场景。相比连续波雷达和超宽带雷达,调频连续波雷达因其系统功耗低、结构简单、抗干扰能力强以及分辨率高等特点,在生命体征检测领域发挥着重要作用。本文围绕77 GHz毫米波雷达的生命体征检测技术展开研究,分别从单接收天线系统和多接收天线系统进行分析,主要研究工作如下:(1)首先介绍了毫米波雷达的工作原理,详细推导了基于毫米波雷达的生命体征信号模型,分析推导I/Q数据的直流偏移、增益和相位失衡在频域及复平面的几何关系并进行补偿,从而有效地减少I/Q数据中的干扰。(2)针对处于复杂室内环境以及不同径向距离的多目标场景,本文结合呼吸运动模型与恒虚警率检测,提出一种生命体征目标的自动距离单元选择方法。为了减少噪声引起的误判,改进了传统的单元极小值恒虚警检测器,引入调整因子使其适用于提取多目标场景的生命体征信号。(3)为了减少低频干扰,本文修正了回波中的生命体征信号模型,提出一种基于多项式回归的身体轻微位移线的拟合方法,仿真对比不同身体位移模型的拟合效果,并结合实测数据,结果表明,该方法能够有效地还原生命体征信号。针对呼吸谐波容易干扰心跳频率估计的问题,本文提出了一种基于递归最小二乘自适应陷波的呼吸谐波抑制方法,并与重构呼吸谐波信号的方法进行对比。通过仿真和实验表明,本文的方法较好地减少了呼吸谐波对心跳频率估计的干扰。最后,对比了雷达与心电监护仪的检测结果,本文得出的呼吸率和心率都接近于心电监护仪。(4)针对相同径向距离多目标场景下的区分问题,本文在单接收天线生命体征检测的信号模型基础上,推导了多输入多输出体制雷达的信号模型,给出了基于空时频联合的多目标生命体征检测的方法与流程,并提出了一种三维距离-角度-多普勒谱能量累加平面的检测方法,获取生命体征目标的定位结果,减少了杂波及动态目标的干扰;接着,采用数字波束形成技术逐一得到对应目标的生命体征信号。最后,通过不同场景的实测分析,实验结果表明,不同人体目标的生命体征信号能够被较好地提取与区分开。
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