摘要
多人生命体征探测在医疗监护、家庭健康监测等领域具有广泛的应用需求。基于雷达的多人生命体征探测具有非接触、不受环境干扰、精度高等优点，成为当前的研究热点。但雷达系统存在距离分辨力和角度分辨力的限制，使现有的多人生命体征方法都要求待测人员彼此远离，限制了很多场景下的应用。 本文提出了一种基于盲源分离技术的多人生命体征探测方法，可实现相同距离门、相同波束下多人呼吸信号的获取与分离。本文的主要工作如下： 1、介绍了本文使用的单发多收FMCW雷达系统，阐述系统构成以及各模块工作原理；对雷达回波信号进行理论分析，通过数据重排和相位提取实现雷达回波信号的预处理。 2、基于盲源分离模型，对包含多人生命体征信息的雷达回波相位信号进行建模。通过最大重叠离散小波变换对该相位信号进行重构，使重构信号满足盲源分离模型的前提假设。研究了基于正定盲源分离模型的多人生命体征信号分离算法，结合回波相位信号的二阶统计特性，构建目标张量，实现了基于张量分解的盲源分离算法。通过算法仿真，比较了基于张量分解和基于独立成分分析、特征矩阵联合近似对角化的多人生命体征分离算法的性能。仿真结果表明，基于张量分解的盲源分离算法性能最优。 3、研究了基于欠定盲源分离模型的多人生命体征探测。结合呼吸信号的特点与稀疏成分分析算法存在的不足，提出了改进的稀疏成分分析算法，首先通过单源点检测增加观测空间的稀疏性；然后提出了改进的K均值聚类算法，解决了聚类结果对离群点和初始聚类中心敏感问题，实现混合矩阵的准确估计；更进一步地提出了改进的近邻传播算法，可以实现混合矩阵以及待测人数的自适应估计；最后根据估计的混合矩阵在 L1范数最小的约束下恢复多人的呼吸信号。 4、搭建了单发多收FMCW雷达的验证平台，进行多人呼吸信号探测实验。在正定盲源分离算法验证实验中，使用两路接收天线准确分离了两位受试者的呼吸信号，呼吸频率最大测量误差为 0.024hz，分离的呼吸信号与呼吸带参考信号频域波形的相关系数不低于0.91。在欠定盲源分离算法验证实验中，使用两路接收天线准确分离了三位受试者的呼吸信号，其中呼吸频率最大测量误差为0.0186hz，分离的呼吸信号与呼吸带参考信号频域波形的相关系数不低于0.87。实验结果验证了雷达系统与本文所提算法的有效性。
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