[发明专利]面向人体监护的小型化非接触雷达系统

权利要求书

1.一种面向人体监护的小型化非接触雷达系统，其特征在于，包括：雷达感知前端以及用于存储和运行基带信号处理算法的微控制单元，雷达感知前端包括交叉圆极化收发共口径小型化天线、用于抵消杂散和串扰的衰减器和移相器的泄露反馈网络以及用于对中频动态范围进行精准调节的模拟记忆电路，其中：泄露反馈网络和模拟记忆电路构成射频-基带融合对消全双工射频系统架构，交叉圆极化收发共口径小型化天线利用发射和接收圆极化电磁波的极化性质相反的特性，共口径地发射和接收信号，微控制单元将经过雷达感知前端放大及对消后的信号进行微分-交叉相乘-积分，得到还原后的人体生命体征和身体细微动作的运动位移信号，射频-基带融合对消全双工射频系统架构对接收信号分别在射频端和基带端构建杂散信号对消网络，分两步降低干扰从而极大程度的提升接收信号信噪比；

所述的降低干扰，包括：采用泄露反馈网络将天线发射端的信号经过相位和幅度调制处理后后加载到接收端，用来直接在射频端对发射链路的耦合信号进行抵消以及采用模拟记忆电路在基带构建精准的杂散信号和剩余中频信号模型，并通过预先存储的固定杂散信号与中频信号进行对消得到心率检测信号。

2.根据权利要求1所述的面向人体监护的小型化非接触雷达系统，其特征是，所述的交叉圆极化收发共口径小型化天线均发射圆极化电磁波；收发天线部分采用底部馈电的矩形贴片天线结构且基带板和天线板进行双层的叠放布局。

3.根据权利要求1所述的面向人体监护的小型化非接触雷达系统，其特征是，所述的泄露反馈网络包括：放大器、衰减器、移相器、功分器、带通滤波器、数模转换器、模数转换器和减法器，其中：发射信号依次经过放大器、衰减器和移相器，从而对发射信号的幅度和相位进行调制，然后相加到接收信号通道中，从而实现射频端的自干扰信号对消；在基带端，通过事先存储的环境干扰、静止物体的反射、周围杂散信号和发射信号耦合过来的自干扰信号，并将其通过数模转换器DAC后与中频信号相减，从而完成模拟时域滤波的步骤，由于模拟器件的调节有限，不能非常精准地对于自干扰信号完成对消，对于剩余的基带信号，在经过模数转换器ADC采样后，在数字域和提前采用的更精准的剩余基带杂散信号进行相减，从而完成数字域的时域滤波，通过射频对消和基带对消两步骤，完成自干扰信号抑制，由模拟记忆电路将输出的对消后信号进行进一步解调处理从而得到心率检测信号。

4.根据权利要求1所述的面向人体监护的小型化非接触雷达系统，其特征是，所述的微控制单元包括：两路通道的微分单元、交叉相乘单元和积分单元，其中：微分单元对I/Q两路信号分别进行微分操作；交叉相乘单元对已经微分的信号进行相乘，获得微分相乘项；积分单元对微分相乘项再进行积分，即可得到最终的原始相位信息；通过对原始相位信息进行解调，从相位信息中线性恢复出运动位移。

5.一种根据权利要求1～4中任一所述面向人体监护的小型化非接触雷达系统的非接触式心率检测方法，其特征在于，包括：

步骤1、通过射频-基带融合对消技术，分两步在射频端和基带端两次对接收信号进行耦合信号和环境杂散信号的对消，从而获得高信噪比的中频信号；

步骤2、对两路的I/Q信号分别进行微分操作；

步骤3、对已经微分的信号进行相乘，获得微分相乘项；

步骤4、对微分相乘项再进行积分，即可得到最终的原始相位信息；

步骤5、对原始相位信息进行解调，从相位信息中线性恢复出运动位移；

步骤6、对位移信息进行高通滤波和傅里叶变换，通过频谱峰值寻找生命体征所对应的信息，具体包括：1)在0～0.8Hz以内的高峰判断为呼吸频率，2)将在1～3Hz以内的高峰判断为心跳的频率。

6.根据权利要求5所述的小型化非接触雷达系统的非接触式心率检测方法是，所述的步骤1具体包括：

1.1)将模数转换器输出至中频信号；将目标移出雷达检测范围，然后将数模转换器输出设置为0V，以接收干扰信号s_b0(t)；将接收到的干扰信号采样并存储为s_b0(n)几个周期，断开S1；

1.2)将数模转换器输出设置为存储的干扰信号的重复转换，转换后的信号为模拟参考信号s_b0^s(t)；从实时接收信号中减去s_b0^s(t)，即进行模拟时域滤波，并通过放大器放大相减后的信号；

1.3)将目标移出雷达检测范围，以接收残留干扰信号s_b0^ss(t)；将残留干扰信号s_b0^ss(t)存储在数字域中；断开S2；将系统进入正常工作状态；模拟时域滤波后的信号被ADC采样，然后在数字域中与剩余的残留干扰信号s_b0^ss(t)相减，即获得对消后输出的I/Q信号。