1.一种基于FMCW雷达的静态人体心跳和呼吸信号提取方法,其特征在于,包含以下步骤:
1)利用调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)采集人体目标信息得到雷达中频信号,对单帧中频信号做快速傅里叶变换得到距离向量矩阵RM×1;再通过时间进行多帧累积,将N帧距离向量以列形式构建距离-时间矩阵RT=[R1,R2,...RM]M×N,从而得到距离-时间图(Range-Time-Map,RTM),并确定RTM图中距离单元平均功率最强的距离向量Rav,max。
2)获取步骤一中距离向量Rav,max帧数据,构建二维矩阵RM×C(M为为采样点数,C为扫频个数);对RM×C矩阵列进行距离维快速傅里叶变换,行进行速度维快速傅里叶变换得到距离-多普勒矩阵RD,绘制出距离-多普勒图(Range-Doppler-Map,RDM)。
3)对得到的RDM图像进行二维单元有序统计恒虚警(two-dimensional ordered statistic constant false alarm rate,2D-OS-CFAR)目标检测后,保留静态检测目标。具体步骤为:
3a)在RDM图像上采用一宽度为Nf×Nr=4×7的二维参考滑窗,其中Nf是多普勒频率维的窗宽,Nr是距离维上的窗宽。其有效参考单元W=27。
3b)对二维参考窗中的训练单元采样值由小到大作排序处理,然后取第 个采样值作为总的背景杂波功率水平估计。
3c)由W、k、Pf(虚警概率Pf=e6)根据式 计算得到自适应归
一化门限值T,接着进行门限判决从而得到检测目标。
3d)在距离-多普勒分辨单元中保留零多普勒检测目标。
4)使用步骤三中保留零多普勒检测目标后的帧数据构建向量矩阵S,再利用多信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法进行谱峰搜索得到距离-角度图(Range-Angle-Map,RAM)。然后,选取RAM中角度在θ≤|5°|的静态目标帧数据,得到待检测的人体目标信号B(t)。
5)将待检测的人体目标信号B(t)进行正交下变换,得到I/Q两路信号BI(t)和BQ(t)。采集空环境下的雷达信号得到I/Q两路的直流偏置dcIO和dcQO,用差分放大器进行直流校正操作得到 接着将得到的I(t)和Q(t)两路信号组成复数信号I(t)+j·Q(t)。
6)对步骤五中复数信号进行非线性反正切解调 处理提取待检测目标信号B(t)中的心跳呼吸信号相位值 接着使用扩展的微分交叉乘法(extended differentiate and cross multiply,DACM)算法将反正切三角函数计算变为求导运算然后在离散形式下,通过时间累加,
还原出
7)使用Matlab的fdatool方法直接生成两个二阶级联而成的四阶带通滤波器,其通频带分别为[0.1Hz-0.5Hz]和[0.8Hz-2.0Hz]。接着将提取的心跳和呼吸相位信号相位差分后经过fdatool生成的带通滤波器,从而分离出心跳和呼吸信号。
2.基于权利要求1所述的一种基于FMCW雷达的静态人体心跳和呼吸信号提取方法,其特征在于提出一种基于FMCW雷达的静态人体心跳和呼吸信号提取的简便流程。
3.基于权利要求1所述的一种基于FMCW雷达的静态人体心跳和呼吸信号提取方法,其特征在于步骤3)和4)所述中的基于2D-OS-CFAR目标检测的干扰抑制方法。
4.基于权利要求1所述的一种基于FMCW雷达的静态人体心跳和呼吸信号生命特征信号提取方法,其特征在于所述步骤5)和6)中的基于求导运算的扩展DACM相位提取。