多普勒雷达传感器及其在非接触生命信号探测中的应用

发布时间：2024-07-10 20:58

　　在无线多普勒传感领域,生命信号是指反映人体心跳、呼吸、手势、步态等与运动相关的信号。近年来,随着射频集成电路的迅速发展,基于微型多普勒雷达传感器的生命信号探测引起了广泛的研究兴趣。与传统方法相比,基于雷达传感的方法具有非接触测量的天然优势,具有很好的应用前景。然而,在本论文工作开展之前,已有的多普勒雷达传感在射频架构和多普勒信息解调等方面仍存在缺陷,导致多普勒运动信息的反演本质上存在非线性。这一问题严重妨碍了多普勒雷达传感在非接触生命信号检测中的实际应用。为解决上述问题,本文针对最优多普勒雷达传感架构和线性多普勒相位解调算法开展了一系列研究,逐一解决了此前存在的相关难点,并通过实验演示了基于同一架构的大动态和微弱运动的线性反演。本文的主要贡献包括以下方面:首先,本文系统地研究了此前多普勒收发机中的非线性和噪声来源,提出了一种基于低中频接收机的最优多普勒传感器架构,在数字域消除了正交失衡。该架构从原理上解决了此前接收机中存在的问题。基于该架构,本文自行研制了 24GHz和5.8GHz多普勒传感器系统。其次,本文提出了针对大动态运动多普勒信息线性解调的动态圆心追踪算法,结合拓展微分与叉乘算...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２基于雷达传感器测量不同睡姿下的心跳呼吸

（Ｒａｄａｒ?Ｃｒｏｓｓ?Ｓｅｃｔｉｏｎ，?ＲＣＳ）［４２］。由于呼吸和心跳活动，躯干表面也会跟着运动，从而导??致雷达散射截面积也跟着改变。与此同时，该工作还测量了躯干位移的幅度。不同睡眠??姿势下，雷达散射截面积和躯干运动的幅度都会改变，如图１．２所示。??除此之外研究者Ｇｕ....

图２．２典型的超外差结构接收机，单路基带信号??

?２．２．１小角近似??首先介绍小角近似解调，这种解调方式只需要单路基带信号。如图２．２所示，对于??典型的超外差结构单路基带接收机，经过混频滤波之后容易得到基带信号：??Ｂ（ｔ）?＝?ＡＢ?（／）ｃｏｓ?—－Ｘ－－ｄ０＋Ａ＜ｊ）（ｔ）?（２．５）??其中是相位残佘噪声，具体为?....

图２．３典型的正交解调结构接收机??

??复信号解调方法顾名思义，就是构建复数基带信号，这种方法要求使用正交下变频??接收机获得复数信号。典型的正交解调结构接收机如图２．３式所示，正交解调架构能够??让两路基带信号及（〇和５ｅ（〇相差９０°相位，然后将两路正交的信号合成复数信号Ｃ（Ｘ）：??Ｃ（ｔ）＾Ｂｒ（ｔ）?＋?....

图３．１?（ａ）２４?ＧＨｚ多普勒雷达整体框架图，（ｂ）２４?ＧＨｚ多普勒雷达实物图

?大。后文将详细介绍每个部分的电路设计。??从图３．１（ａ）的雷达系统框架图可以看到电路整体构成比较复杂。实际设计中，除了??核心芯片及其外围电路之外，电路板设计还需要考虑电源供电，射频模拟信号相互干扰，??不同部分黴带线匹配问题，以及减小电路布板面积、节约板材等方面的设计因素。....

本文编号：4004723