一种基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110187342A(43)申请公布日2019.08.30(21)申请号201910401309.4(22)申请日2019.05.14(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人孙理张格鹏顾陈李彧晟朱晓华洪弘陈汉青(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人马鲁晋(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)G01S7/292(2006.01)G01S7/41(2006.01)A61B5/0205(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图9页(54)发明名称一种基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法(57)摘要本发明公开了一种基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法，该方法首先通过FMCW雷达进行SAR成像，从图像中搜索目标所在的区域，得到目标的准确位置；之后进一步提取每个目标对应的信号片段并进行时频分析，从而获得目标的微多普勒信息，从微多普勒信息中提取生命体的呼吸心跳频率，重新标定图像中的各个目标，去除场景中的非生命体目标，完成最终的成像。本发明方法的检测性能可靠，成像效果优良，可以对场景中的生命体与非生命体进行有效区分并获得相应的生命体征信息。CN110187342ACN110187342A权利要求书1/3页1.一种基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、FMCW移动平台在场景内按直线轨迹运行采集原始回波信号r(st)，之后对原始回波信号r(st)进行预处理，并对其进行SAR成像，获得成像结果I；步骤2、在步骤1的成像结果I中定位各个目标的位置TPn，依据目标的位置信息从原始回波信号中提取对应的回波片段Tvsn；步骤3、对步骤2提取的回波片段Tvsn进行预处理、短时傅里叶变换及频率曲线提取、去运动补偿以及平滑处理，进而提取目标包含的生命体征信息；步骤4、对步骤3提取的生命体征信息进行分析，去除成像场景中的非生命体，获得成像结果I’，完成场景内的生命体成像与生命体征检测。2.根据权利要求1所述的基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法，其特征在于，步骤1中FMCW移动平台在场景内按直线轨迹运行采集原始回波信号r(st)，之后对原始回波信号r(st)进行预处理，并对其进行SAR成像，获得成像结果I，具体为：步骤1-1、FMCW雷达沿直线轨迹运行，运行的方向为方位向，FMCW雷达照射方向垂直于运行轨迹，照射方向为距离向；FMCW雷达采集的原始回波信号为r(st)，其中st是雷达接收时间，st∈[0,T]，T为雷达信号的持续时间；去除r(st)中的直流信号获得回波信号r'(st)；步骤1-2、对r(st)进行预处理，具体为：将回波信号r'(st)储存为含有Mp×Np个点的回波矩阵f(tF,ta)，其中，tF为快时间，ta为方位慢时间；回波矩阵的行为距离向，列为方位向；回波矩阵的每一行存储一个脉冲重复周期τ内得到的回波信号，一个脉冲重复周期τ内有Np个采样点，回波矩阵共包含Mp个脉冲重复周期；步骤1-3、利用改进的RD算法对雷达回波矩阵f(tF,ta)进行SAR成像。3.根据权利要求2所述的基于FMCW移动平台的生命体征检测与成像方法，其特征在于，步骤1-3中所述利用改进的RD算法对雷达回波矩阵f(tF,ta)进行SAR成像，具体为：步骤1-3-1、对雷达回波矩阵f(tF,ta)的方位向进行FFT变换，将其转换到距离多普勒域F(tF,fa)，fa为方位向的频率；步骤1-3-2、利用频率滤波器处理信号F(tF,fa)，对非线性频率进行修正，修正后的信号为F1(tF,fa)，所述频率滤波器的公式为：式中，c为光速，d为雷达距离目标的直线最小距离，为距离徙动，ε'(tF)为非线性相位误差，λ为发射波长，v为雷达平台的移动速度；步骤1-3-3、利用频移补偿滤波器对信号F1(tF,fa)进行处理，消除信号F1中的多普勒频移，获得信号F2(tF,fa)；所述的频移补偿滤波器的公式为：H2(tF,fa)＝exp(-j2πfatF)步骤1-3-4、对信号F2(tF,fa)的距离向进行FFT变换，将其转换到二维频域信号F3(f,fa)，其中f为距离向的频率；步骤1-3-5、利用改进后的相位补偿滤波器对信号F3(f,fa)进行处理，获得相位修正后2CN110187342A权利要求书2/3页的信号F4(f,fa)，所述改进后的相位补偿滤波器公式为：式中，kr为扫频速率；步骤1-3-6、利用方位向匹配滤波器对信号F4(f,fa)进行处理，获得方位向聚焦后的信号F5(f,fa)，所述方位向匹配滤波器公式为：步骤1-3-7、对信号F5(f,fa)的方位向进行I