[发明专利]基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法

权利要求书

1.基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，其特征在于，包含频谱感知、人员定位和生命体征监测三个阶段，具体步骤如下：

步骤S1、在井下巷道均匀安装J个UWB雷达模块，相邻两UWB雷达模块间隔长度为L；

步骤S2、设人员在井下巷道处于UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1之间，1≤j≤J，则UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别将其可通信的无线频带初始化分成I个子频带，并采用频谱感知方法判断可通信的无线频带的子频带占用情况，探测其空闲子频带；

步骤S3、UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1分别从其空闲子频带类中选择一个空闲子频带，然后分别发射一阶高斯脉冲波并在一段时间后接收到对应回波，根据UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1发射一阶高斯脉冲波和接收回波的时间差得出井下人员分别与UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1的距离，进而得出井下人员的位置；

步骤S4、对UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1接收到的回波进行预处理，得到处理后回波信号A'，再根据井下人员与UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的距离，从接收到的处理后回波信号A'中选择距离人员最近的采样向量A'(v),v∈[1,V-1]，V是接收到的脉冲序列数，采用变分模态分解算法对A'(v)信号进行变换与分解，从分解结果中获得人员生命体征参数。

2.根据权利要求1所述的基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员生命体征监测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现过程如下：

S21、将UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的可通信无线频带划分为I个子频带，得到Ch_i＝{Ch₁,...,Ch_I}，Ch_i表示第i个子频带，i∈[1,I]，并设置中心点距离阈值为T_c，迭代次数为N_c；

S22、接收第i个子频带Ch_i的信号并对其进行AD转换采样，然后通过下式计算所有子频带的能量：

其中，P_i为第i个子频带Ch_i的能量，y_i(n)为第i个子频带Ch_i的信号的第n个采样点的信号大小，N为第i个子频带Ch_i的信号的采样点总数；

S23、根据计算的所有子频带的能量，选择能量最大的子频带作为占用子频带类中心点Ch_co，其能量记为P_co；选择能量最小的子频带作为空闲子频带类中心点Ch_cf，其能量记为P_cf；

S24、分别计算所有子频带到占用子频带类中心点Ch_co和空闲子频带类中心点Ch_cf的能量距离，计算公式为：

d(P_i,P_co)＝||P_i-P_co||²；

d(P_i,P_cf)＝||P_i-P_cf||²；

其中，d(P_i,P_co)为第i个子频带Ch_i到占用子频带类中心点Ch_co的能量距离，d(P_i,P_cf)为第i个子频带Ch_i到空闲子频带类中心点Ch_cf的能量距离；

并根据d(P_i,P_co)和d(P_i,P_cf)的大小，对P_i对应的第i个子频带Ch_i进行分类，完成对I个子频带的聚类，最终得到占用子频带类为C_O＝{C_Oi′},1≤i′≤O，C_Oi′为第i′个占用子频带，O为占用子频带总数；空闲子频带类为C_F＝{C_Fi″},1≤i″≤F，C_Fi″为第i″个空闲子频带，F为空闲子频带总数；

S25、根据公式计算占用子频带类中所有占用子频带的能量均值P_Oj是占用子频带类中第j个占用子频带的能量值；并根据公式计算空闲子频带类中所有空闲子频带的能量均值P_Fj是空闲子频带类中第j个空闲子频带的能量值；然后根据下式计算能量均值距离d_c：

若d_cT_c，则跳转至步骤S26；若d_c≤T_c，则跳转至步骤S27；

S26、判断迭代次数N_c是否等于0；如是，则跳转至步骤S27；否则，令N_c-1，更新占用子频带类中心点的能量为更新空闲子频带类中心点的能量为并返回步骤S24继续进行迭代更新；

S27、聚类完成，输出UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的占用子频带类和空闲子频带类；

S28、每间隔T时间后，重新执行S21-S27，更新UWB雷达模块j或UWB雷达模块j+1的占用子频带类和空闲子频带类。