matlab超宽带雷达回波信号微动特征识别研究(MUSIC)

成都理工大学硕士学位论文超宽带雷达回波信号微动特征识别研究姓名：何永波申请学位级别：硕士专业：固体地球物理学指导教师：王绪本20090601摘要I超宽带雷达回波信号微动特征识别研究作者简介：何永波，男，1979年11月出生，2006年9年师从于成都理工大学王绪本教授，于2009年06月毕业于成都理工大学固体地球物理学专业，获理学硕士学位。摘要中国是世界上大陆地震最活跃、地震灾害最严重的国家之一。如何最大限度地减轻地震及各类灾害损失，抢救被压、埋人员，有效地减少人员伤亡，是减轻灾害损失的首要任务，也是最能体现出减灾实效和社会显示度的关键环节之一。国内外多次大震后抢救生命的事实证明:对压埋人员抢救愈及时、快速，救生、救活的可能性愈大。因此，为确保在紧急救援中用最短的时间找到被困人员，开展先进的生命救助探测与定位方法研究具有十分重要的意义。从原理上讲，电磁雷达探测方法应该是弥补人工搜索、光学设备观察、红外/热成像、声波、振动探测设备、搜索犬等的有效方法。超宽带雷达探生技术(UWB-Radarforlife’sdetection)是近几十年发展起来的一种探测特定目标的有效探测手段。超宽带雷达生命探测技术就是利用生命探测雷达发射电磁波穿过墙壁等遮挡介质，探测墙壁外面或其它非金属覆盖物下面人的生命信息利用雷达进行生命探测。实际上，生命探测雷达就是通过检测人体生命活动所引起的各种微动，从这些微动中得到人的移动、体动、呼吸、心跳等生命信号，从而辩识障碍物后有无生命体。近年来随着超宽带雷达技术的发展，超宽带雷达探测仪与其他探生仪器相比，有着许多方法无法比拟的优势，比如分辨率高、探测条件简单、操作便捷、经济快速等优点，得到了广泛的研究和应用。因此，开展超宽带雷达探测技术的研究对灾害搜救、反恐战争、伤员探测、经济发展等都有十分重要的意义。本文完成的主要工作可归纳为如下几个方面：第一部分：主要介绍了基于电磁波探测原理的雷达探生仪及其他类型的探生仪，阐述了各自的工作原理，比较了各自的优缺点并突出了超宽带雷达探测的优点。第二部分：主要设计了超宽带雷达人体探测物理实验方案，并对实验雷达回波信号数据进行必要的预处理及处理。同时，利用能量积分算法原理，编制滑动时窗函数，提取出含有人的生命微动特征信号，并利用小波变换和时频分析方法，对其信号进行去噪和频谱分析，提取出代表人体生命特征的频谱。同时，利用最佳时窗的起始值进行有效的人体定位。成都理工大学硕士学位论文II第三部分：主要利用MUSIC算法，借助呼吸心跳谐波公式，建立呼吸信号模型，并对含有多目标信息的雷达回波信号进行识别提取，达到在复杂环境下多个目标体信号识别的仿真目的。关键字：超宽带雷达，物理实验，特征识别，能量积分，多目标识别AbstractIIIResearchforUWB-Radar’echoSignalandRecognitionMethodsAboutLife’sMicrowavingCharacteristicIntroductionoftheauthor:HeYongbo,male,wasborninNovember1979,whosetutorwasProfessorWangXuben.HegraduatedfromChengduUniversityofTechnologyinSolidGeophysicsmajorandwasgrantedtheMasterDegreeinJune,2009.AbstractInChina,theearthquakeisveryactive,theearthquakedisasterisserious.Howtogreatlydecreasethesedisasterlose,rescuethepressedandtheburies,reducethepersonnelcasualtyeffectively,isthemostimportanttask,alsoisthekeylinkofwhichcanmostlymanifestthedisasterreductionactualeffectandthesocietyrevealstheindication.Thefactaboutrescuethelivesinbigquakesofthedomesticandtheforeigncountriesprovedthat,morepromptlytorescuetheburies,morelivesmaybesaved.Therefore,forfindthestrandedpeoplewithintheshortesttimeintheurgentrescue,ithasextremelyvitalsignificancetocarryouttheadvancedliferescueandlocationresearch.Bytheorysays,theelectromagneticdetectionmethodshouldbeacomplementofthemanualsearch,theopticaldeviceobservation,theinfrared/thermalimagery,thesoundwave,thevibrationsensor,thesearchdogandsooneffectivemethod,Theultra-widebandradar（UWB-Radar）soundingtechnologyisaneffectivesurveymethodforprobesomespecificgoalwhichdevelopsjustinthenearlyseveraldozensyears.Inrecentyears,alongwiththeultra-widebandtechnologydevelopment,theultra-widebandradarobtainedtheextensiveresearchandtheapplication.UWB-radartechnologyofdetectlifeistodetectthelaunchoflifethroughthewallsbyusingradar,suchaselectromagneticshieldingmedium,detectionoftheoutsidewallsorothernon-metalliccoveroflivesfollowingtheradarinformationofdetectinglife.Infact,life'sradardetectiongisthroughthedetectionofhumanlifecausedbyavarietyoffretting,suchasmobile,physicalactivities,respirationandheartratesignals,andsoon,then,toidentifiedanyobstacleslife.Therefore,developstheresearchoftheultra-widebandradarhasextremelyvitalsignificancebothforthedisastersearchandrescueandtheeconomicaldevelopment.成都理工大学硕士学位论文IVThisarticle’sprimetaskmayinduceintothefollowingseveralaspects:Thefirstpart:Mainlyintroducedtheexplorationofhealth-meterswhichbasedontheelectromagneticwaveprincipleandothermicrowavehumanbeing-detectionsystems,elaboratedtheirworkprinciple,comparedwiththeirgoodandbadpoint’s.Thesecondpart:Mainlyhasdesignedthetestingplanabouthumanbodyprobewiththeultra-widebandradar,andhascarriedonsomepretreatmentandprocessingtotheempiricaldatum.Ithasusedtheenergyintegralprincipleandthedesignofglidewindowboxnumbertowithdrawthehuman'slifecharacteristicsignal,andtotakedenoisingandspectrumanalysisfromsignalbyusingwavelettransformandtime-frequencyanalysismethod,inordertoextracttherepresentativefeaturesofthespectrumofhumanlife.Andithascarriedontheeffectivelocalization.Thethirdpart:MainlyhasestablishedthebreathsignalmodelwiththeMUSICalgorithmandtheaidofthebreathpalpitationovertoneformula,alsoithascarriedontherecognitionofthemulti-objectivesignal,achievedthemulti-objectiverecognition’ssimulationgoal.Keywords:UWB-Radar’sechosignal,Physical-experiment,signalrecognition,energyintegration，MUSIC独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，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，也不包含为获得成都理工大学或其他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谢意。学位论文作者导师签名：学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解成都理工大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权成都理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：年月日第1章引言1第1章引言1.1研究背景及意义人的生命是宝贵的，然而人在工作和生活中又不可避免地受到自然灾害（如地震、滑坡、塌陷）和人为的灾害（战争、恐怖活动）以及各类突发事件的危害。中国是世界上大陆地震最活跃、地震灾害最严重的国家之一。由王绍玉著作[1][6]统计，20世纪，中国共发生6级以上地震650多次，其中七级及以上地震98次，约占世界的1/10，而8级以上的地震则达到9次；20世纪，中国地震灾害死亡人数达到61万多人，约占世界地震死亡人数的36%，居世界之首。截止目前，中国共发生8级以上地震五次，其中四次在中国——分别是1920年宁夏海原8.5级地震，1950年西藏察隅墨脱8.6级地震，1976年河北唐山大地震和四川汶川8.0级地震[1]。发生的这些大地震，造成的死亡人数在人类地震灾害发展史是屈指可数的，对我国社会经济造成严重的破坏，在国内外也引起了极大的震惊。我国近年来，随着城市化进程的加快，城市的高层建筑日趋增多，钢筋混凝土结构占主导地位，各种管道、线路纵横交错的密度加大，以及城市人口密集等问题，使自然或人为灾害等各类突发事