遮蔽环境下超宽带雷达人体目标定位与回波处理方法研究
发布时间：2021-08-16 23:30
超宽带雷达式生命探测技术具有在遮蔽环境下对人体体征等微弱生命信号进行检测与定位的能力,能够非接触式地获得人体生理信息。为了实现遮蔽环境下目标定位与检测,需要研究遮蔽物参数对目标定位的影响机制以及回波信号预处理方法。但是当雷达发射的电磁波在穿透遮蔽物进行人体目标探测时,遮蔽物的材质和厚度等参数将造成电磁波传播时间延迟,从而影响基于到达时间的目标定位方法的效果。并且,在对目标定位校正时,遮蔽物参数估计误差同样会引起定位误差,但现有研究并未对此进行系统而深入的讨论。此外,为了实现目标检测并且获取生命信息,需要对雷达接收到的原始数据进行必要的预处理。但是雷达回波中遮蔽物回波强度远大于人体回波,噪声分布于各频段中,这些都不利于信号预处理。特别是目前并未提出能够较好地解决针对信噪比较低情况下的雷达回波信号预处理方法。针对以上问题,通过仿真建模的方式建立实验环境,利用单次穿透技术和线性系统理论研究遮蔽物参数对目标定位的影响,并采用统计分析方法进行信号预处理实现目标检测,本论文主要研究内容如下:（1）针对雷达回波信号应用问题,采用理论分析方法对遮蔽环境下雷达回波信号建模。首先,对人体呼吸和心跳引起的体...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
000-2018年期间4.0级及以上地震显示图
达还可以监测和识别人体的肢体运动，在穿墙检测中更能发挥雷达穿墙探测的独特作用[12]。在城市反恐斗争中[13]，为了能够穿墙检测恐怖分子和人质的位置坐标，成像雷达已经广泛应用于该领域。当部队遇到城市环境时，空中和地面作战之间的关系发生了巨大的变化，空军的许多优势被大大削弱，使用远程精准武器的能力受到严重的环境和操作限制，建筑物等限制了目标探测与武器飞行轨迹。为了能够帮助作战人员在城市作战中视野变得“透明”，从而达到快速反应的目的，拥有穿墙能力和目标定位能力的穿墙雷达受到极大的重视[14]。图1.2人体目标探测原理图如图1.2所示，超宽带雷达式生命探测技术是指通过雷达设备发射超宽带信号，在不接触人体目标的情况下，在一定距离范围内，间隔一定非金属介质(如衣服、砖墙、废墟等)，实现探测生命体征信号的目的。基于超宽带电磁波频谱宽、穿透性强、分辨力高、抗干扰性好、功耗低等优点作为发射信号，根据多普勒特性，将接收到的回波信号进行处理，通过识别呼吸、心跳等生命信号，判断目标位置，从而实现生理信号监测与探测目标定位的目的。尽管超宽带雷达的探测效果相对出众，但在实际应用中，特别是在存在遮蔽
遮蔽环境下超宽带雷达人体目标定位与回波处理方法研究4时运动地图[17]。美国超视安全系统公司在2005年推出一种安全救生系统，该系统由麻省理工学院大卫席恩博士研制，主要采用了超宽带雷达技术，并应用于2008年汶川大地震的搜救工作中[18]。以色列的CAMERO公司设计了一款名为Xaver800的超宽带脉冲穿墙雷达系统。该雷达应用3D技术对墙体后的目标进行三维成像，而且其径向分辨率可达3厘米。这些设备尽管可以提供较为准确的定位信息，但能穿透的遮蔽物环境依然有限，只能探测2-3米范围内的人员。并且这些雷达系统并不能精确提供人体生命参数信息(如呼吸频率等)，使得救援人员无法得知被测人员的生理状态。值得一提的是，目前市场上也出现了一些应用于非遮蔽环境下的微功率超宽带生命探测雷达，它们主要的面对对象是静止目标的心率监测，其中包括可穿戴的雷达探测装置[19]和人体背后雷达探测装置[4,20]。文献[21]中作者推导了基于多普勒雷达的生命探测虚警概率的分析模型，该理论模型可以为系统开发提供参考。(a)美国TimeDomain公司的RadarVision2000(b)以色列CAMERO公司的Xaver800(c)我国华诺星空公司的DN-IV和必肯科技公司的SJ-3000图1.3国内外已经商用的超宽带雷达生命探测仪近年来，我国在雷达式生命探测方面也有了令人满意的进步，一些高校与科研单位以及企业在这方面做出了突出贡献。中国人民解放军空军军医大学(原第四军医大学)生物医学工程系的王健琪教授及其团队从1998年开始研究生物探测雷
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾斜阵列下奇异值分解穿墙雷达杂波抑制[J]. 李家强,徐小敏,卢宝宝,陈金立. 雷达科学与技术. 2019(05)
[2]基于改进经验模态分解的雷达生命信号检测[J]. 刘震宇,陈惠明,陆蔚,李光平. 仪器仪表学报. 2018(12)
[3]不同身体姿势对雷达式生命体征监测系统的影响[J]. 张华,祁富贵,王帅杰,李钊,路国华,王健琪. 中国医疗设备. 2017(06)
[4]UWB MIMO生物雷达多静止人体目标成像方法研究[J]. 梁福来,李浩楠,祁富贵,安强,王健琪. 雷达学报. 2016(05)
[5]一种弱信号检测新方法分析[J]. 魏崇毓,李玲娟,朱卫娟. 现代电子技术. 2012(05)
[6]基于PCA与EMD的超宽带雷达生命信号检测算法[J]. 戴舜,朱方,徐艳云,方广有. 电子学报. 2012(02)
[7]超宽带步进变频雷达人体呼吸检测方法研究[J]. 许会,李邦宇,任建. 仪器仪表学报. 2012(02)
[8]基于MATLAB软件心跳呼吸模型的仿真设计[J]. 董红玉,祝忠明,李晶晶,余全合. 电子元器件应用. 2011(04)
[9]冲激超宽带雷达生命信号提取的新方法[J]. 潘水洋,吴晶,李烨. 微波学报. 2010(06)
博士论文
[1]穿墙雷达人体行为识别方法研究[D]. 王明阳.电子科技大学 2019
[2]超宽带搜救探测的时域有限差分数值模拟[D]. 祝忠明.成都理工大学 2017
[3]基于多普勒雷达的非接触式生命体征检测技术研究[D]. 胡巍.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]超宽带穿墙雷达未知墙体参数估计研究[D]. 朱江.南京信息工程大学 2018
[2]微波生命探测雷达射频前端的设计与实现[D]. 吕晓炜.电子科技大学 2018
[3]超宽带穿墙雷达模拟及目标探测方法研究[D]. 靳取.南京大学 2017
[4]超宽带穿墙雷达系统设计[D]. 于子良.电子科技大学 2017
[5]超宽带穿墙雷达天线研究与设计[D]. 吴政.电子科技大学 2017
[6]超宽带脉冲信号发射机技术研究[D]. 杨聪聪.电子科技大学 2017
[7]多层墙体穿透目标成像算法研究[D]. 季鹏.电子科技大学 2016
[8]超声手术导航系统中图像去噪和呼吸信号获取与建模[D]. 郭勇.大连理工大学 2014
[9]基于不同驱动的阶跃恢复二极管皮秒级脉冲源研究[D]. 王志旻.南京航空航天大学 2013
[10]UWB脉冲雷达呼吸信号检测算法研究[D]. 李鑫.中国科学院深圳先进技术研究院 2013
本文编号：3346590
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
000-2018年期间4.0级及以上地震显示图
达还可以监测和识别人体的肢体运动，在穿墙检测中更能发挥雷达穿墙探测的独特作用[12]。在城市反恐斗争中[13]，为了能够穿墙检测恐怖分子和人质的位置坐标，成像雷达已经广泛应用于该领域。当部队遇到城市环境时，空中和地面作战之间的关系发生了巨大的变化，空军的许多优势被大大削弱，使用远程精准武器的能力受到严重的环境和操作限制，建筑物等限制了目标探测与武器飞行轨迹。为了能够帮助作战人员在城市作战中视野变得“透明”，从而达到快速反应的目的，拥有穿墙能力和目标定位能力的穿墙雷达受到极大的重视[14]。图1.2人体目标探测原理图如图1.2所示，超宽带雷达式生命探测技术是指通过雷达设备发射超宽带信号，在不接触人体目标的情况下，在一定距离范围内，间隔一定非金属介质(如衣服、砖墙、废墟等)，实现探测生命体征信号的目的。基于超宽带电磁波频谱宽、穿透性强、分辨力高、抗干扰性好、功耗低等优点作为发射信号，根据多普勒特性，将接收到的回波信号进行处理，通过识别呼吸、心跳等生命信号，判断目标位置，从而实现生理信号监测与探测目标定位的目的。尽管超宽带雷达的探测效果相对出众，但在实际应用中，特别是在存在遮蔽
遮蔽环境下超宽带雷达人体目标定位与回波处理方法研究4时运动地图[17]。美国超视安全系统公司在2005年推出一种安全救生系统，该系统由麻省理工学院大卫席恩博士研制，主要采用了超宽带雷达技术，并应用于2008年汶川大地震的搜救工作中[18]。以色列的CAMERO公司设计了一款名为Xaver800的超宽带脉冲穿墙雷达系统。该雷达应用3D技术对墙体后的目标进行三维成像，而且其径向分辨率可达3厘米。这些设备尽管可以提供较为准确的定位信息，但能穿透的遮蔽物环境依然有限，只能探测2-3米范围内的人员。并且这些雷达系统并不能精确提供人体生命参数信息(如呼吸频率等)，使得救援人员无法得知被测人员的生理状态。值得一提的是，目前市场上也出现了一些应用于非遮蔽环境下的微功率超宽带生命探测雷达，它们主要的面对对象是静止目标的心率监测，其中包括可穿戴的雷达探测装置[19]和人体背后雷达探测装置[4,20]。文献[21]中作者推导了基于多普勒雷达的生命探测虚警概率的分析模型，该理论模型可以为系统开发提供参考。(a)美国TimeDomain公司的RadarVision2000(b)以色列CAMERO公司的Xaver800(c)我国华诺星空公司的DN-IV和必肯科技公司的SJ-3000图1.3国内外已经商用的超宽带雷达生命探测仪近年来，我国在雷达式生命探测方面也有了令人满意的进步，一些高校与科研单位以及企业在这方面做出了突出贡献。中国人民解放军空军军医大学(原第四军医大学)生物医学工程系的王健琪教授及其团队从1998年开始研究生物探测雷
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾斜阵列下奇异值分解穿墙雷达杂波抑制[J]. 李家强,徐小敏,卢宝宝,陈金立. 雷达科学与技术. 2019(05)
[2]基于改进经验模态分解的雷达生命信号检测[J]. 刘震宇,陈惠明,陆蔚,李光平. 仪器仪表学报. 2018(12)
[3]不同身体姿势对雷达式生命体征监测系统的影响[J]. 张华,祁富贵,王帅杰,李钊,路国华,王健琪. 中国医疗设备. 2017(06)
[4]UWB MIMO生物雷达多静止人体目标成像方法研究[J]. 梁福来,李浩楠,祁富贵,安强,王健琪. 雷达学报. 2016(05)
[5]一种弱信号检测新方法分析[J]. 魏崇毓,李玲娟,朱卫娟. 现代电子技术. 2012(05)
[6]基于PCA与EMD的超宽带雷达生命信号检测算法[J]. 戴舜,朱方,徐艳云,方广有. 电子学报. 2012(02)
[7]超宽带步进变频雷达人体呼吸检测方法研究[J]. 许会,李邦宇,任建. 仪器仪表学报. 2012(02)
[8]基于MATLAB软件心跳呼吸模型的仿真设计[J]. 董红玉,祝忠明,李晶晶,余全合. 电子元器件应用. 2011(04)
[9]冲激超宽带雷达生命信号提取的新方法[J]. 潘水洋,吴晶,李烨. 微波学报. 2010(06)
博士论文
[1]穿墙雷达人体行为识别方法研究[D]. 王明阳.电子科技大学 2019
[2]超宽带搜救探测的时域有限差分数值模拟[D]. 祝忠明.成都理工大学 2017
[3]基于多普勒雷达的非接触式生命体征检测技术研究[D]. 胡巍.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]超宽带穿墙雷达未知墙体参数估计研究[D]. 朱江.南京信息工程大学 2018
[2]微波生命探测雷达射频前端的设计与实现[D]. 吕晓炜.电子科技大学 2018
[3]超宽带穿墙雷达模拟及目标探测方法研究[D]. 靳取.南京大学 2017
[4]超宽带穿墙雷达系统设计[D]. 于子良.电子科技大学 2017
[5]超宽带穿墙雷达天线研究与设计[D]. 吴政.电子科技大学 2017
[6]超宽带脉冲信号发射机技术研究[D]. 杨聪聪.电子科技大学 2017
[7]多层墙体穿透目标成像算法研究[D]. 季鹏.电子科技大学 2016
[8]超声手术导航系统中图像去噪和呼吸信号获取与建模[D]. 郭勇.大连理工大学 2014
[9]基于不同驱动的阶跃恢复二极管皮秒级脉冲源研究[D]. 王志旻.南京航空航天大学 2013
[10]UWB脉冲雷达呼吸信号检测算法研究[D]. 李鑫.中国科学院深圳先进技术研究院 2013
本文编号：3346590
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