基于IR-UWB 雷達的非接觸式呼吸檢測方法

黨小超，張金龍，郝占軍，安 瑩

（1.西北師范大學 計算機科學與工程學院，蘭州 730070；2.甘肅省物聯網工程研究中心，蘭州 730070）

0 概述

自2002 年美國聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，FCC）批準民用微波的頻率范圍為3.1～10.6 GHz［1］以來，超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）因具有低功耗、強穿透能力、強抗干擾能力、高分辨率等特性，被廣泛用于地震災害救援、室內定位［2-3］、穿墻檢測等任務中。雷達可以通過感知由呼吸和心跳所引起的身體表面微動信息進行人體目標檢測［4］。脈沖超寬帶（Impulse Radio Ultra Wide Band，IR-UWB）雷達是通過雷達發射端發射電磁波，利用傳播介質到達人體，電磁波脈沖經過人體的散射產生相應的回波信號，回波信號通過介質傳播到雷達接收端，隨后被接收端接收進行數據采樣。與微波多普勒雷達相比，IR-UWB 雷達的功耗更低、尺寸更小和信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）更高，在復雜環境下具有抗雜波、高魯棒、高精度等特性［5-6］，可檢測人體內部的宏觀和微觀運動［6］。文獻［7］針對IR-UWB 信號在穿墻過程中由墻體參數估計誤差所導致的時間誤差問題，提出基于圖像使用迭代算法的目標范圍估計方法。文獻［8］介紹了微波多普勒雷達是一種非接觸式檢測生命體征的替代方法［9］。但是，多普勒雷達系統難以穿透材料以及存在零點問題［10］。IR-UWB 雷達信號由于良好的材料穿透性，因此可以輕易地穿透墻體，進行生命體征的檢測和目標識別［11-12］。

人體呼吸會引起人體胸腔壁微動，產生微弱的呼吸回波信號。IR-UWB 雷達系統采集的原始回波信息中通常包含線性趨勢、靜態雜波、諧波干擾等干擾信號，近些年國內外研究人員對此進行了大量研究以抑制這些雜波信息。……