申请/专利权人：中国科学院空天信息创新研究院

申请日：2024-04-29

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118091653B

主分类号：G01S13/88

分类号：G01S13/88;G01S13/02;G01S7/41;A61B5/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.14#实质审查的生效;2024.05.28#公开

摘要：本发明提供了一种基于多通道融合的最小失真呼吸信号检测方法，属于雷达探测技术领域。所述方法使用多通道的超宽带脉冲雷达进行探测，各个通道的雷达回波数据经过预处理后进行多通道融合，增强呼吸信号，该呼吸信号检测方法使用时空预测的思想，通过在信号失真接近零的同时最小化剩余噪声，来确定一组不同通道之间的最优时空预测变换；使用最优时空预测变换生成最优的降噪滤波器，其中使用无生命信号部分进行噪声相关矩阵估计，通过求解MSE成本函数进行降噪滤波器估计，并最终输出检测到的人体呼吸信号。所述方法解决了人体目标方位和姿势变化导致的呼吸检测难题，增强超宽带雷达在地震救援、穿墙探测等应用中的人体检测能力。

主权项：1.一种基于多通道融合的最小失真呼吸信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、使用一发四收超宽带雷达采集生命信号，所述生命信号为时域回波信号；步骤2、对时域回波信号进行预处理，去除固定背景，抑制温度和雷达系统引起的线性漂移，滤除高频噪声；步骤3、从多个通道的预处理完成后的时域回波信号中提取对应通道的先验距离信息的时域数据，并对时域数据进行融合，增强单个通道上接收到的呼吸信号；步骤4、对增强后的单个通道上接收到的呼吸信号沿慢时间进行傅里叶变换并加窗获取时频信号，截取出目标呼吸所在频率的频段范围，最终获得所需的干净呼吸信号；所述步骤2包括：步骤2.1、采用线性趋势抑制方法补偿温度和雷达系统在慢时间维度引起的线性漂移；步骤2.2、设计距离向滤波器，滤除过采样引起的高频噪声，以及不需要的低频信号，预处理完成后的时域回波信号记为，和分别表示快时间和慢时间维度的采样点数，，，和分别为快时间和慢时间维度的采样点数总数，均为自然数；所述步骤3包括；步骤3.1、根据目标的先验距离信息，从预处理完成后的时域回波信号中手动选择对应通道的先验距离信息的时域数据，定义为： ,其中，下标代表第个通道，代表通道的总个数，代表第个通道的呼吸信号，代表第个通道的噪声分量，代表纯净呼吸信号，表示从生命体到雷达采集的时域回波信号的脉冲响应；利用上式给出的信号模型，求解个通道中某个被预测通道的呼吸信号，此时该被预测通道的呼吸信号被个通道的时域回波信号共同预测，被预测通道的呼吸信号结果记作： ,其中，代表最优降噪滤波器集，，对于每一个通道，有第个通道的最优降噪滤波器集，第个通道的最优降噪滤波器集长度为，代表第个通道的最优降噪滤波器集中各最优降噪滤波器的系数，对应通道的先验距离信息的时域数据向量，上标代表矩阵转置，相应的，呼吸信号估计误差被定义为： ,其中，代表等式左侧被定义为等式右侧，代表线性变换引起的信号失真，代表残差噪声，第个通道的噪声分量向量；将达到理想情况下的降噪问题等价于寻找最优降噪滤波器集的问题，转化为在保持信号失真接近0的同时最小化残差噪声；通过最小化均方误差的方法进行，将求解公式定义为：；其中，代表数学期望，噪声相关矩阵表示为，噪声中间变量表示为；将上述达到理想情况下的降噪问题转化为数学描述： ,上式约束条件为线性变换引起的信号失真，其中，agrmin指取最小值运算，指最优降噪滤波器；设已知时空预测矩阵，其中，代表时空预测矩阵中第1，第2，…，第个通道的时空预测部分，对于每一个通道有第个通道的呼吸信号向量，其中第个通道的呼吸信号向量，被预测通道的呼吸信号向量，重新描述线性变换引起的信号失真有： ,其中，代表一个长度为的单位向量，此时达到理想情况下的降噪问题被重新描述为： ,min表示取最小值，上式的约束条件为，使用拉格朗日乘子来求解上式：，为拉格朗日函数，表示拉格朗日算子，有： ,得到上式的解即最优降噪滤波器，表示求逆运算；步骤3.2、通过进行均方根误差成本函数的方法进行最优时空预测矩阵的求解，其中使用无生命信号部分进行噪声相关矩阵估计；最优时空预测矩阵使用均方根误差成本函数进行估计，将求解公式定义为： ,求得当下通道最优时空预测矩阵，其中，，分别代表生命信号的互相关矩阵，自相关矩阵：，，式中和分别表示手动选择对应先验距离信息的时域数据的互相关矩阵和噪声分量的互相关矩阵，和分别表示手动选择对应先验距离信息的时域数据的自相关矩阵和噪声分量的自相关矩阵，得到：当下通道最优时空预测矩阵，进而得到全通道最优时空预测矩阵；当求得全通道最优时空预测矩阵后，获得最优降噪滤波器： ,最终输出被预测通道的呼吸信号结果，也即所需的干净呼吸信号： 。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于多通道融合的最小失真呼吸信号检测方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD