[发明专利]基于改进的稳健自适应波束形成的多人生命体征检测方法

说明书

本发明公开了一种基于改进的稳健自适应波束形成的多人生命体征检测方法，包括以下步骤：获取雷达接收信号,采用波达方向估计算法估计出各个人体所在的角度以及各个人体所占角度区间；令其中一个人体回波为期望信号，其他人体为干扰信号，采用改进的基于ε约束值的方法重构协方差矩阵；采用改进的基于ξ约束值的方法重构期望信号方向的导向矢量；利用自适应波束形成算法得出权值；采用提出的最大信噪比搜索的方法得出较理想的权值和呼吸信号；重复以上步骤得到所有人体呼吸信号。本发明方法从生命体征检测的场景出发，对稳健波束形成算法进行改进，本发明中改进的稳健自适应波束形成方法有效可行，性能可靠，可以准确地提取出各个人体的生命体征信号。

技术领域

本发明属于非接触式生命体征检测领域，特别是一种基于改进的稳健自适应波束形成的多人生命体征检测方法。

背景技术

生物雷达通过在雷达回波中检测微弱的频移或相移信息，可用于生命体的运动和生理活动的探测。目前这种方法已经存在并且检测技术日趋成熟，但是已有的大部分研究都集中测试单个受测者，同时检测多个受试者的研究寥寥无几，多人生命体征检测成为了一种挑战性科目。

现有的分离多人生命体征的方法大多是在模拟端进行波束合成，将主波束只对准一个人体，回波信号中该人体的生命体征信号占有主要成分。但是，模拟技术形成的波束旁瓣电平高，稳定性差，且对干扰无自适应能力，合成的波束无法对人体干扰区间有较深的抑制，因此回波信号中不可避免的包含严重干扰。现有的多人生命体征检测技术都只能实时得出呼吸频率，而无法实时得到高精度的呼吸时域信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进的稳健波束形成的检测多个人体生命体征的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于改进的稳健波束形成的多人生命体征检测方法，包括如下步骤：

步骤1、获取雷达接收信号X(k),k＝1,2…,N,采用波达方向(DOA)估计算法估计出各个人体方位角。

步骤1-1、利用Capon波达方向估计算法估计出各个人体所在方位角。各个方向回波能量为

为来波方向的名义导向矢量，[·]^H为共轭转置，的P个极大值对应的的角度分别代表各个人体所在的方位，分别为θ_u,u＝1,2…P；

步骤1-2、每个峰值的3dB内的波束宽度内的角度可认为是该人体的人体方位角。

步骤2、基于ε约束值的干扰加噪声协方差矩阵重构的方法，其特征在于，步骤2为了解决导向矢量失配以及人体干扰方位角所占角度较宽的问题，具体步骤为：

步骤2-1、利用步骤1得到的人体方位角重构出干扰信号协方差矩阵如果期望信号为第p个人体的回波信号，那么其他P-1个人体为干扰目标：

式中为每个人体干扰回波的协方差矩阵

为样本协方差矩阵

其中为表面区域的每个采样点对应的导向矢量，Θ_j为天线阵列接收到的第j个人体所在的角度区间。是与方向名义导向矢量的差的二范数小于ε_ji的区域：

I为角度区间Θ_j的等间隔采样点数，L为在的表面区域的采样点数。

的表达式为：

其中和分别为来波方向和的名义导向矢量，和的表达式为：