[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

说明书

本发明公开了一种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，在井下巷道均匀安装J个UWB雷达模块，设人员处于UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1之间，1≤j≤J，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探测其空闲子频带；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，探测井下人员的位置，并对UWB雷达模块j和UWB雷达模块j+1的探测信号进行处理，采用变分模态分解算法分解出人员生命体征参数。选择空闲子频带发射脉冲信号，保证了人员定位和生命体征监测的可靠性。

技术领域

本发明属于煤矿井下安全监控领域，涉及一种基于频谱感知和超宽带雷达的井下人员定位和生命体征监测方法。

背景技术

能源资源是我国经济社会可持续发展和国家安全的重要保障。我国的能源资源主要包括煤炭、石油和天然气，在三大化石能源消耗结构中煤炭资源占到70％左右。随着国民经济的迅速发展，国家对能源的需求日趋扩大，而石油、天然气和新能源的产量短期内仍然无法满足需求，在今后相当长的时期内煤炭仍然是我国最主要的能源。煤炭资源在我国工业发展中的地位举足轻重，因此保证煤炭行业健康、稳定地发展显得非常必要和迫切。

近年来，国家高度重视煤矿安全生产工作，相继颁布和实施了一系列煤矿安全生产相关法律法规，不断增加安全生产投入。我国的煤炭产量90％以上来自于井工开采，且随着浅层煤炭资源的枯竭，煤炭开采的深度不断增加，深井开采不仅难度增大，危险性也增加。随着矿山自动化、信息化水平的提高，生命体征监测将成为数字化矿山发展的一个重要组成部分，实现远程生命体征监测对煤矿井下人员安全生产、应急救援工作等具有重要的意义。目前已经有部分煤矿开始使用可穿戴设备，并通过WiFi无线网络实现井下人员的定位和生命体征的监测，但这些可穿戴设备由于防爆的要求，重量较大，且工作人员必须时刻佩戴这些监测设备，给生产带来诸多不便。更重要的是由于井下各种用电设备种类多、数量大，产生较多的电磁干扰，使用相同无线频带通信的设备之间也会相互干扰，导致定位和生命体征监测性能大大下降，甚至无法使用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种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，以解决现有用于实现井下人员生命体征监测的可穿戴设备重量较大导致佩戴人员生产不便的问题，以及煤矿井下其他设备干扰使得现有用于实现井下人员的定位和生命体征监测的可穿戴设备性能下降甚至无法使用的问题。

本发明实施例所采用的技术方案是：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，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。