雷达反射器、雷达探测系统、雷达信号探测方法及装置

摘要

本发明涉及信号增强技术领域，具体涉及一种雷达反射器、雷达探测系统、雷达信号探测方法及装置，所述雷达反射器为圆盘型结构，所述雷达反射器通过铝或铝合金材料制造得到；上述雷达探测系统包括雷达反射器和朝向所述雷达反射器方向设置的调频连续波雷达；所述方法包括：根据雷达反射器的半径和雷达波的波长确定雷达反射器的最大RCS值，根据最大RCS值确定RCS值的偏差区间，实时检测雷达反射器的当前RCS值，当所述当前RCS值在偏差区间内时，将所述调频连续波雷达的当前角度作为探测角度，控制调频连续波雷达按照所述探测角度对雷达反射器发射雷达波，并接收从雷达反射器返回的回波信号，本发明能够提高呼吸信号和心跳信号的信号强度和信噪比。

说明书

技术领域

本发明涉及信号增强技术领域，具体涉及一种雷达反射器、雷达探测系统、雷达信号探测方法及装置。

背景技术

传统的生理信号采集需要在人体身上安装各种不同的传感器电极，例如心电、血氧、血压、体温等。各种传感器均需佩戴或者系缚，不仅使用繁琐、舒适度差强人意，而且常需要专业的人员来进行测量，导致其在日常生活场景中难以得到普及。

近年来，生物雷达非接触式体征检测技术由于其非接触、体积小、测量准确等优点，已经越来越受到人们的关注。

非接触式雷达生命体征监测技术是一种新兴的检测技术，通过雷达发射的电磁波照射人体，雷达波会被胸腔和腹部的运动所调制，产生多普勒效应，因此可从雷达接收的回波信号中提取生命信息。这种生命体征监测技术对人体无约束，不易受到周围环境的影响，具有非接触无感测量的优势。

非接触式雷达生命体征监测技术发展的难点在于有效提取生命体征信号，这是因为人体的呼吸信号和心跳信号相对于噪声与杂波可能更为微弱。故而有效增强呼吸信号和心跳信号已成为体征监测雷达的关键难点之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种雷达反射器、雷达探测系统、雷达信号探测方法及装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种雷达反射器，所述雷达反射器为圆盘型结构，所述雷达反射器通过铝或铝合金材料制造得到。

进一步，所述雷达反射器的直径为8cm至12cm，厚度为1mm。

进一步，所述雷达反射器的背面设有粘性材料。

一种雷达探测系统，包括：

上述任一所述的雷达反射器；

调频连续波雷达，所述调频连续波雷达朝向所述雷达反射器方向设置。

一种雷达信号探测方法，基于上述所述的雷达探测系统，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、根据所述雷达反射器的半径和雷达波波长确定雷达反射器的最大RCS值，根据所述最大RCS值确定RCS值的偏差区间；

步骤S200、控制调频连续波雷达对雷达反射器发射雷达波，实时检测雷达反射器的当前RCS值，所述雷达反射器设置于待测人体的胸壁，所述调频连续波雷达朝向所述雷达反射器方向设置；

步骤S300、调整调频连续波雷达的角度，实时确定所述当前RCS值是否在偏差区间内，当所述当前RCS值在偏差区间内时，将所述调频连续波雷达的当前角度作为探测角度；

步骤S400、控制调频连续波雷达按照所述探测角度对雷达反射器发射雷达波，并接收从雷达反射器返回的回波信号。

进一步，所述最大RCS值通过公式

一种雷达信号探测装置，基于上述所述的雷达探测系统，所述装置包括：

确定模块，用于根据所述雷达反射器的半径和雷达波波长确定雷达反射器的最大RCS值，根据所述最大RCS值确定RCS值的偏差区间；

检测模块，用于控制调频连续波雷达对雷达反射器发射雷达波，实时检测雷达反射器的当前RCS值；

其中，所述雷达反射器设置于待测人体的胸壁，所述调频连续波雷达朝向所述雷达反射器方向设置；

调整模块，用于调整调频连续波雷达的角度，实时确定所述当前RCS值是否在偏差区间内，当所述当前RCS值在偏差区间内时，将所述调频连续波雷达的当前角度作为探测角度；

探测模块，用于控制调频连续波雷达按照所述探测角度对雷达反射器发射雷达波，并接收从雷达反射器返回的回波信号。

本发明的有益效果是：本发明公开一种雷达反射器、雷达探测系统、雷达信号探测方法及装置，本发明提供的雷达反射器通过采用圆盘型结构，铝或铝合金材料制造，在进行生命体征监测时，将雷达反射器贴在胸部或者衣物的胸部位置，可以增大胸壁的RCS值，增强呼吸心跳等生命体征引起的回波信号强度，提高回波信号的信噪比，进而提升生命体征监测雷达对呼吸和心跳等生理参数测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中雷达反射器的结果示意图；

图2是本发明实施例中雷达信号探测方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中RCS值的对比示意图；

图4是本发明实施例中雷达信号探测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1，如图1所示为本发明实施例提供的一种雷达反射器，所述雷达反射器为圆盘型结构，所述雷达反射器通过铝或铝合金材料制造得到。

本发明提供的雷达反射器用于检测人体体征，本发明针对通过雷达监测生命体征的实际需求，将雷达反射器设计为铝或铝合金材料的圆盘。该雷达反射器不仅与常用的雷达角反射器等形状完全不同，且构成材料也不同。传统角反射器由三块三角形铝制或铝合金板材组成，不适用于生命体征的监测；而本发明为一块圆形铝制或铝合金板材。在进行生命体征监测时，将雷达反射器贴在胸部或者衣物的胸部位置，可以增大胸壁的RCS值(RadarCross Sectio n,雷达截面积)，从而可大大增强呼吸心跳等生命体征引起的回波信号强度，使雷达接收到的回波信号效果更好，质量更高，进而提升生命体征监测雷达对呼吸和心跳等生理参数测量的准确性。

使用铝材料的原因在于铝有多种优良性能，铝及铝合金是用途十分广泛且经济实用的材料，具有成本低，性价比高等优势。铝的重量轻和耐腐蚀的特点也能够让雷达反射器更好地保存与维护。

在一个改进的实施例中，所述雷达反射器的直径为8cm至12cm，厚度为1mm。

在一个改进的实施例中，所述雷达反射器的背面设有粘性材料。

优选的，所述雷达反射器的直径为10cm，所述粘性材料为双面胶，使用时直接撕下保护面，将其贴在胸部位置。

在进行生命体征监测时，雷达反射器通过粘性材料黏贴在人体胸部，是一个全新的放置方式。

参考图2，如图2所示为本发明实施例提供的一种雷达信号探测方法，基于上述任一实施例所述的雷达探测系统，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、根据所述雷达反射器的半径和雷达波波长确定雷达反射器的最大RCS值，根据所述最大RCS值确定RCS值的偏差区间；

步骤S200、控制调频连续波雷达对雷达反射器发射雷达波，实时检测雷达反射器的当前RCS值；

其中，所述雷达反射器设置于待测人体的胸壁，所述调频连续波雷达朝向所述雷达反射器方向设置；

步骤S300、调整调频连续波雷达的角度，实时确定所述当前RCS值是否在偏差区间内，当所述当前RCS值在偏差区间内时，将所述调频连续波雷达的当前角度作为探测角度；

步骤S400、控制调频连续波雷达按照所述探测角度对雷达反射器发射雷达波，并接收从雷达反射器返回的回波信号。

本发明提供的雷达回波增强方法用于检测人体体征，所述人体体征从回波信号中提取得到。需要说明的是，雷达探测的基本原理是发射电磁波去照射目标，然后再利用目标反射到雷达接收天线的电磁波，进行目标的信号检测与参数测量。目标反射回接收天线的电磁波能量越多，等效的雷达截面积越大，目标对雷达的信号特征就越明显，雷达对目标的探测能力就越强。目标的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)与目标的形状、尺寸、结构及材料有关。

本发明将雷达反射器做成圆盘形状，用以增强回波信号强度。当雷达波照射到雷达反射器后，金属材质和圆盘形状的雷达反射器会导致目标的回波信号增强，该目标在雷达信号中将具有非常高的信噪比，非常有利于目标的检测与参数估计。

本发明提供的实施例中，结合生命体征监测雷达的实际需求和日常佩戴的便利性，运用金属材质反射系数强于皮肤或者衣物的特性，设计圆盘型低成本雷达反射器，在体征监测时，本发明将雷达反射器与调频连续波雷达配合使用，将雷达反射器黏贴于胸壁，并调整好调频连续波雷达的角度，以增强胸壁的RCS值，提高回波信号的信噪比，本发明提供了一种高效、低成本的途径，便于通过非接触方式进行生命体征监测。

在一个实施例中，所述最大RCS值通过公式

参考图3，下面通过具体的实施例对雷达反射器的使用效果进行分析：

当使用雷达进行生命体征监测时，大多是两种情况：一种是穿衣物，一种是赤裸上身。下面通过仿真实验，分别测试在使用雷达反射器和不使用雷达反射器的条件下雷达接收到的回波信号，用以验证本发明的具体应用效果。

在三维全波电磁仿真软件(FEKO软件)中，建立上述圆盘模型。在使用77GHz生命体征监测雷达的情况下，分别计算出仅穿着衣物、仅赤裸上身和使用雷达反射器时，胸壁的RCS数值。

根据图3可知，采用雷达反射器的RCS值显著大于织物材质和人体干燥皮肤的RCS值，这说明采用本发明的雷达反射器可以更好地反射胸壁的特征信息。

所述回波信号的信噪比可以用下式计算：

式中，P

一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，信号的质量越高。通过计算得出，在同等条件下，使用雷达反射器的信噪比裸露上身时的信噪比增加了3.01dB。使用雷达反射器比穿着衣物的信噪比增加了11.14dB。通过仿真结果可知，本发明能让回波信号显著增强。因此，使用本发明能够有效提升雷达测量生命体征信号的质量。

参考图4，本发明还提供了一种雷达信号探测装置，基于上述任一实施例所述的雷达探测系统，所述装置包括：

确定模块100，用于根据所述雷达反射器的半径和雷达波波长确定雷达反射器的最大RCS值，根据所述最大RCS值确定RCS值的偏差区间；

检测模块200，用于控制调频连续波雷达对雷达反射器发射雷达波，实时检测雷达反射器的当前RCS值；

其中，所述雷达反射器设置于待测人体的胸壁，所述调频连续波雷达朝向所述雷达反射器方向设置；

调整模块300，用于调整调频连续波雷达的角度，实时确定所述当前RCS值是否在偏差区间内，当所述当前RCS值在偏差区间内时，将所述调频连续波雷达的当前角度作为探测角度；

探测模块400，用于控制调频连续波雷达按照所述探测角度对雷达反射器发射雷达波，并接收从雷达反射器返回的回波信号。

尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。