基于多通道的调频连续波雷达生命信号提取.docx

【基于多通道的调频连续波雷达生命信号提取】 调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW）雷达是一种非接触式生命信号检测技术，尤其适用于那些传统接触式传感器无法应用的情况，如烧伤或传染性疾病。FMCW雷达因其体积小、重量轻、能耗低以及实时处理能力而被广泛应用于生命体征监测。雷达系统通过发射FMCW信号，然后接收反射信号，根据胸腔因呼吸和心跳引起的微小振动分析幅度变化，从而提取呼吸和心跳频率。尽管环境噪声可能会影响信号，但经过低通滤波和快速傅里叶变换（FFT）处理，仍能准确获取生命信号。 然而，单输入单输出（SISO）雷达虽然可以通过高增益天线提高回波信号的信噪比（SNR），但其窄波束限制了检测范围。相比之下，宽波束天线虽然扩大了检测范围，但降低了SNR，影响测量精度。为解决这一问题，多输入多输出（MIMO）雷达技术被引入，如2×2脉冲超宽带MIMO雷达，通过多通道信号处理提高检测的准确性和可靠性。 文献[5]提出的2×2 MIMO雷达可以更准确地估计由呼吸和心跳导致的皮肤距离位移。文献[6]利用最大比率融合（MRC）技术增强MIMO毫米波雷达的SNR，有效检测睡眠中的心跳信号。文献[7]通过MIMO-FMCW雷达的相干叠加改善频率检测，而文献[8]则结合目标定位和生命信号检测，使用带通滤波器分离呼吸和心跳信号，但FFT处理存在局限性。文献[9]提出了结合MRC和带通滤波的信号处理方法，并利用连续小波变换提高心跳信号频率估计精度，但小波基选择的困难影响了结果。 本文提出了一种创新的基于MRC和变分模态分解（VMD）的多通道FMCW雷达生命信号提取方法。建立了多通道FMCW雷达生命信号模型，采用锯齿波调制的FMCW信号发射。然后，解释了目标距离像重构和相位信号处理的过程，接着详细阐述了MRC和VMD的工作原理。通过实测数据验证了该方法的有效性，结果显示，结合MRC和VMD的信号处理方法在提取生命信号时更为稳健和准确，且优于结合MRC和BPF的方法。 MRC技术通过合并不同通道的信号来提高SNR，而VMD是一种非线性、无参数的信号分解方法，能够自适应地分解复杂信号，克服了FFT和小波变换的局限性，对于心跳和呼吸信号的分离及频率估计提供了更好的解决方案。这种方法的使用显著提高了多通道FMCW雷达在生命信号检测中的性能，尤其是在应对个体差异和环境干扰方面表现出优越的稳定性和准确性。