發(fā)布時(shí)間：2017-08-17 06:37

  本文關(guān)鍵詞：UWB生物雷達(dá)應(yīng)用中環(huán)境干擾抑制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：生物雷達(dá)以雷達(dá)發(fā)射的電磁波為探測(cè)媒介,能穿透衣物、墻壁、廢墟等非金屬介質(zhì)形成的遮擋或障礙,非接觸地獲取和感知人體目標(biāo)的信息。與紅外、光學(xué)等非接觸技術(shù)相比,生物雷達(dá)技術(shù)具有不受光線和探測(cè)角度影響、能全天候穿透探測(cè)的優(yōu)點(diǎn),在生物醫(yī)學(xué)、公共安全、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了窄帶和超寬帶(UWB)兩個(gè)階段,其中UWB生物雷達(dá)具有高距離分辨率、強(qiáng)穿透能力、良好的近場(chǎng)和系統(tǒng)兼容性能等優(yōu)點(diǎn),是目前生物雷達(dá)技術(shù)的研究熱點(diǎn)�，F(xiàn)階段,UWB生物雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了人體目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和定位,但基于該技術(shù)研制的實(shí)用化儀器僅為專門用于地震、塌方等災(zāi)難發(fā)生后搜尋廢墟下壓埋幸存人員的搜救生物雷達(dá)。因此現(xiàn)有的UWB生物雷達(dá)技術(shù)主要圍繞搜救中人體目標(biāo)的定位、多目標(biāo)的識(shí)別、行為動(dòng)作探測(cè)等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究上,而對(duì)這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可能碰到的問(wèn)題考慮較少。以本課題組研制的“SJ-3000”UWB搜救雷達(dá)為例,該儀器在汶川、玉樹、魯?shù)榈榷啻蔚卣鹁仍惺褂貌⑶野l(fā)揮了重要作用。但我們?cè)陂L(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)環(huán)境中存在各類干擾會(huì)對(duì)該儀器的實(shí)際應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。因此,環(huán)境干擾問(wèn)題是UWB生物雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用中必須考慮和解決的一個(gè)重要問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外研究表明,UWB生物雷達(dá)應(yīng)用中的環(huán)境干擾主要來(lái)自兩方面:一是周圍環(huán)境中的動(dòng)目標(biāo)干擾,如風(fēng)吹草動(dòng)、操作人員的運(yùn)動(dòng)等;二是各種窄帶射頻干擾(RFI),如GPS、手機(jī)、無(wú)線電信號(hào)等。本課題組在長(zhǎng)期從事UWB生物雷達(dá)技術(shù)研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn),操作人員運(yùn)動(dòng)引入的干擾可以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)和限定加以排除,因而環(huán)境中風(fēng)吹草動(dòng)是動(dòng)目標(biāo)干擾的主要來(lái)源。此外,目前UWB生物雷達(dá)應(yīng)用主要以應(yīng)急救援中的搜救為主,因而大都采用較低的中心頻率(500MHz)以保證其穿透性能,常規(guī)的GPS、手機(jī)等信號(hào)與這些UWB生物雷達(dá)頻帶不重疊,因此窄帶RFI的主要來(lái)源為現(xiàn)場(chǎng)救援人員使用的無(wú)線對(duì)講機(jī)。基于上述分析,本文主要針對(duì)對(duì)講機(jī)引入的窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)兩種干擾,對(duì)UWB生物雷達(dá)應(yīng)用中的環(huán)境干擾問(wèn)題及其抑制技術(shù)開展了系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究,主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:1、進(jìn)行了UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的定量探測(cè)實(shí)驗(yàn),探明了窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)干擾對(duì)UWB生物雷達(dá)人體呼吸檢測(cè)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1)窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)均與干擾距離高度相關(guān),干擾效應(yīng)隨距離增大而減小;2)窄帶RFI作用范圍較大且不受雷達(dá)時(shí)窗設(shè)置的影響,干擾效應(yīng)隨距離增大時(shí)衰減速度較慢,而風(fēng)吹草動(dòng)干擾作用范圍小,干擾源處于雷達(dá)時(shí)窗外則基本不會(huì)影響探測(cè)效果;3)窄帶射頻干擾與干擾角度無(wú)關(guān),而風(fēng)吹草動(dòng)干擾與角度有關(guān),離雷達(dá)天線主瓣越遠(yuǎn)則干擾越小。2、進(jìn)行了UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的回波處理實(shí)驗(yàn),提出了針對(duì)窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)的干擾抑制新算法。首先,利用UWB生物雷達(dá)人體呼吸響應(yīng)的距離相關(guān)特性,通過(guò)對(duì)UWB生物雷達(dá)回波在距離上進(jìn)行滑動(dòng)平均處理,建立了基于RMA處理的窄帶RFI干擾抑制算法。針對(duì)風(fēng)吹草動(dòng)干擾的抑制,在人體呼吸響應(yīng)距離相關(guān)的基礎(chǔ)上同時(shí)利用人體呼吸的周期特性,建立了基于自適應(yīng)MSSA處理的UWB生物雷達(dá)回波處理算法。3、進(jìn)行了UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的模擬探測(cè)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了定量探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論和回波處理算法的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:RMA算法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性好的特點(diǎn),能基本排除窄帶RFI干擾對(duì)UWB生物雷達(dá)探測(cè)性能的影響;自適應(yīng)MSSA算法不需要手動(dòng)設(shè)置閾值進(jìn)行信號(hào)重構(gòu),能有效抑制極端情況(干擾源緊靠天線)之外的動(dòng)目標(biāo)干擾。4、在上述研究的基礎(chǔ)上提出了UWB生物雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)對(duì)環(huán)境干擾的策略:1)對(duì)于窄帶RFI,在UWB生物雷達(dá)回波處理中采用RMA算法可使這種類型的干擾對(duì)UWB生物雷達(dá)的探測(cè)性能不產(chǎn)生影響,在條件許可的情況下應(yīng)盡量避免干擾源距天線0m處(如操作人員使用對(duì)講機(jī))等極端情況;2)對(duì)于風(fēng)吹草動(dòng)干擾,在UWB生物雷達(dá)回波處理中可采用自適應(yīng)MSSA算法,同時(shí)必須避免干擾源距離天線過(guò)近(如0m)等極端情況發(fā)生,在條件允許的情況下可通過(guò)雷達(dá)時(shí)窗設(shè)置將動(dòng)目標(biāo)干擾完全排除在有效探測(cè)范圍之外。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:1、探明了窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)干擾對(duì)UWB生物雷達(dá)人體呼吸檢測(cè)性能的影響,在此基礎(chǔ)上提出了UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的應(yīng)對(duì)策略,對(duì)UWB生物雷達(dá)的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。2、利用UWB生物雷達(dá)人體呼吸響應(yīng)的特性,建立了窄帶RFI和風(fēng)吹草動(dòng)干擾抑制的新算法,有望增強(qiáng)UWB生物雷達(dá)的抗干擾能力,從而進(jìn)一步提高其實(shí)際應(yīng)用效能。
【關(guān)鍵詞】：生物雷達(dá) 超寬帶 風(fēng)吹草動(dòng)干擾 窄帶射頻干擾 干擾抑制 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN958
【目錄】：

• 縮略語(yǔ)表5-6
• 中文摘要6-9
• ABSTRACT9-13
• 前言13-14
• 文獻(xiàn)回顧14-23
• 第一章 UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的定量探測(cè)實(shí)驗(yàn)23-42
• 1 實(shí)驗(yàn)條件與數(shù)據(jù)采集23-29
• 1.1 UWB生物雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)23-26
• 1.2 精密人體呼吸模擬裝置26-27
• 1.3 干擾源27-28
• 1.4 數(shù)據(jù)采集28-29
• 2 數(shù)據(jù)處理和分析方法29-40
• 2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理30-31
• 2.2 UWB生物雷達(dá)信號(hào)特征分析31-33
• 2.3 窄帶RFI實(shí)驗(yàn)結(jié)果33-36
• 2.4 風(fēng)吹草動(dòng)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-40
• 3 小結(jié)40-42
• 第二章 UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾抑制算法的回波處理實(shí)驗(yàn)42-70
• 1 常用環(huán)境干擾抑制算法42-51
• 1.1 中值濾波實(shí)驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)42-47
• 1.2 SVD實(shí)驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)47-51
• 2 一種基于RMA的窄帶RFI抑制算法51-59
• 2.1 UWB人體呼吸響應(yīng)的距離相關(guān)特征51-52
• 2.2 RMA窄帶射頻干擾抑制算法52
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果52-59
• 2.4 算法性能評(píng)價(jià)59
• 3 一種基于自適應(yīng)MSSA的動(dòng)目標(biāo)干擾抑制算法59-69
• 3.1 自適應(yīng)MSSA算法60-63
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果63-68
• 3.3 算法性能評(píng)價(jià)68-69
• 4 小結(jié)69-70
• 第三章 UWB生物雷達(dá)環(huán)境干擾的模擬探測(cè)實(shí)驗(yàn)70-75
• 1 實(shí)驗(yàn)條件70-71
• 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果71-74
• 3 小結(jié)74-75
• 總結(jié)75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷和研究成果82-83
• 致謝83

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本文編號(hào)：687607