机载生命信号探测系统及其生命体征信号提取算法研究

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1、中文图书分类号：TP24密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士专业学位论文PROFESSIONALMASTERDISSERTATION论文题目：机载生命信号探测系统及其生命体征信号提取算法研究论文作者：刘冰专业类别/领域：控制科学与工程指导教师：阮晓钢论文提交日期:2017年5月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP24学号：S201402215密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：机载生命信号探测系统及其生命体征信号提取算法研究英文题目：RESEARCHONAIRBORNELIFESIGNALDETECTIONSYSTEMANDITSVI

2、TALSIGNALEXTRACTIONALGORITHM论文作者：刘冰专业类别/领域：控制科学与工程研究方向：生命探测申请学位：工程硕士指导教师：阮晓钢教授所在单位：电子信息与控制工程答辩日期：2017年5月15日授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：刘冰日期：2017年4月28

3、日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：刘冰日期：2017年5月15日导师签名：阮晓钢日期：2017年5月15日摘要摘要近年来，超宽带雷达以其具有强穿透能力与高距离向分辨率等优点，在穿墙动目标跟踪、地质勘测、生命救援、反恐维稳、城市管线探测等多种军事及民用领域中存在诸多应用。然而即使是体积较小的便携式超宽带雷达在进行作业时依然以人力搬运为主，易受到恶劣地形和障碍物影响，大大降低了救援

4、和探测效率。所以通过旋翼飞行器搭载便携式生命探测雷达的思路便应运而生，这种飞行生命探测器既能实现对被掩埋目标生命体的探测，又能够大幅度提升探测效率、克服恶劣环境带来的不便，随着研究的深入和对科技的探索，相信飞行生命探测器可以在生命救援、目标跟踪探测等领域存在巨大的潜力和价值。本文研究了飞行器搭载生命探测雷达的探测方法、搜索算法和可行性，并和传统的脉冲超宽带生命探测雷达进行了物理和仿真实验对比。首先对生命探测原理以及雷达回波预处理方法进行了介绍；其次根据实际飞行环境中低信噪比的特点，深入研究了生命体征信号检测算法；并通过研究多观测点以及一发多收飞行生命探测的天线阵列对目标进行定位与搜索的算法

5、，实现了对生命体空间位置的确定。论文的主要工作和创新性成果如下：第一：机载生命探测系统分析机载生命探测系统包含旋翼飞行器和超宽带生命探测雷达两部分组成，通过合理的硬件搭配和软件算法实现对目标生命体准确和高效的定位。飞行器需保证稳定性高，飞行探测过程中尽可能无抖动，并且配备GPS定位装置和高度测量计以估计飞行器三维坐标，配备有超宽带雷达接收天线以接收生命体回波信号，通过摄像头观察地面情况。超宽带生命探测雷达通过发射超宽带窄脉冲波，通过飞行器上的接收天线接收生命体回波信号并通过无线信号传输方式将信号传递到地面基站或是手持装置。最后通过对生命体回波信号进行回波预处理、生命信号提取后得到目标生命体

6、呼吸频率和位置坐标。第二：提出生命体征信号增强算法通过调研、仿真和实验发现在超宽带雷达生命探测中，传统的生命体征信号提取算法在信噪比降低为-29dB时已几乎无法得到目标生命体体征信息。当通过机载生命探测雷达进行生命体征探测时则干扰更加强烈，以至传统生命探测算法并不很适合机载生命探测。所以本文提出了新的生命体征信号增强算法，通过生命体回波信号预处理后所得到的B-SCAN数据进行遍历互相关的方式以加强生命体征信号，在单机雷达仿真和实验对比数据表明当信噪比降低为-29dB时依然可以得到相对准确的生命体征信号，甚至可在信噪比降低到-35dB时也能大致看I北京工业大学工程硕士专业学位论文到生命

7、体位置。随后将生命体信号增强算法应用到机载生命探测雷达上与传统算法进行了实验对比，传统算法几乎无法得到生命体征，而信号增强算法在飞行器稳定飞行且飞行器距离目标生命体较近时可以得到目标生命体征，但生命体位置并不很准确。所以用以应用到飞行生命探测时信号增强算法仍需进行改进。第三：提出机载一发多收定位和搜索方法由于传统一发一收生命探测方式需要选取至少四个定点进行多次探测以得到周期性目标证明体征信号，当搭载到飞行器上进行飞行生命