压埋人体生存空间孔径预测方法及系统与流程

本发明属于压埋人体生存空间预测，尤其涉及一种基于超宽带生物雷达的压埋人体生存空间孔径预测方法及系统。

背景技术：

1、生物雷达是以雷达为技术手段，对生命体进行非接触式的探测、定位及成像的新型雷达。生物雷达发射电磁波，电磁波可以穿透一定厚度的非金属介质，如砖墙、预制板、衣物等，反射波被生命体的呼吸、心跳、脉搏、体动等生理活动调制，对回波信号进行一系列信号处理，即可提取出生命体的生理参数、运动轨迹等生命信息。

2、目前大部分关于生物雷达的研究工作集中在人体目标的探测及定位上，而对探测到的人体目标的周围环境结构的研究却少见报道。在灾后救援中，人体目标的生存空间孔洞对指示幸存者的生存状况及指导救援活动的实施更具有实际意义。生存空间的大小不仅可以指示幸存者的生存状况，同时有助于救援人员开展救援活动，最大限度地保证幸存者的生命安全，避免幸存者受到二次伤害。

3、当地震或者其他险情出现后，废墟场景复杂，无法通过拖拽探地雷达构成大的虚拟孔径的形式对废墟结构探测，现实情形仅允许以单点或者多点布置天线的形式对结构进行探测(a型扫描)。然而由于探测目标的复杂性，难以直接对a型扫描回波信号进行数据解释。虽然废墟下结构比较复杂，但是其反射系数序列仍然是稀疏的，从a型扫描回波信号中恢复出反射系数序列即是一种恢复稀疏性的变换过程，此过程要求变换具有良好的稀疏表示能力。稀疏脉冲反褶积的结果是沿着快时间维度的系列脉冲，即脉冲出现的位置对应的是雷达波延迟时间，而不是真正的结构位置。雷达探测区域结构复杂，难以获得电磁波传播的先验速度模型，所以以脉冲位置反推结构真实位置信息也是极具难度的。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：当前缺少压埋人体目标与周围环境结构兼容探测的解决方案，且针对直接对废墟结构进行反演，获得探测区域内的全局信息具有极大难度这一技术难题，将废墟情况下的兼容探测问题聚焦在压埋人体目标生存空间孔径的探测上。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于超宽带生物雷达的压埋人体生存空间孔径预测方法及系统。

2、本发明是这样实现的，一种基于超宽带生物雷达的压埋人体生存空间孔径预测方法，根据生存空间孔洞内介质多为空气，电磁波传播速度接近其在真空中的传播速度这一先验信息，在人体目标判定存在并定位后，以人体目标定位位置为圆心，以稀疏脉冲反褶积所得到的稀疏脉冲序列距离圆心的距离为半径，做一系列同心圆，若同心圆在一定程度内重合，则此脉冲序列位置处即判定为人体生存空间孔洞的上沿位置，并对孔径尺寸进行估计。

3、进一步，采用稀疏脉冲反褶积技术对a型扫描回波信号进行反演获得结构信息；经过稀疏脉冲反褶积方法，a型回波信号在距离向上的分辨率得到增强，获得一系列稀疏脉冲序列。

4、进一步，判定为人体生存空间孔洞的上沿位置具体为：经过稀疏脉冲序列的同心圆同时“击中”两个反褶积结果的脉冲序列，则判定该位置处为生存空间孔径的上沿位置处。

5、进一步，若同时有两个或两个以上同心圆同时“击中”两个反褶积结果的脉冲序列，最靠近人体目标所在位置处的同心圆“击中”的脉冲位置为所要求得的生存空间孔径上沿位置。

6、本发明的另一目的在于提供一种基于超宽带生物雷达的压埋人体生存空间孔径预测方法的基于超宽带生物雷达的压埋人体生存空间孔径预测系统，包括：

7、人体目标定位模块，用于在人体目标判定存在并定位后，以人体目标定位位置为圆心；

8、稀疏脉冲反褶积模块，用于以稀疏脉冲反褶积得到的稀疏脉冲序列，以圆心距脉冲序列所在位置为半径；

9、孔径尺寸估计模块，用于以同时击中反演脉冲序列为评判标准，确定孔洞上沿，并对孔径尺寸进行估计。

10、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

11、第一，本发明利用幸存者生存空间孔洞介质为空气这一先验信息，并联合人体目标定位信息，对生存空间孔径进行了准确估计，以人体目标定位位置为圆心，圆心距脉冲序列所在位置为半径，以同时击中反演脉冲序列为评判标准，确定孔洞上沿，并对孔径尺寸进行估计。经过电磁数值模拟和实测数据评价，本发明提出的方法可有效估计废墟下人体目标生存空间孔径尺寸。

12、第二，本发明创新性的以幸存者生存空间孔洞介质为空气这一先验信息，并联合人体目标定位信息，可以有效对生存空间孔径进行准确估计。生存空间孔洞的估计是以稀疏脉冲反褶积为基础的，稀疏脉冲反褶积具有采用较少的系数表示反射信号的能力，可以有效地提高雷达回波信号的信噪比及分辨率。

13、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：首次将压埋人体目标周围环境结构兼容探测融合入生物雷达技术中，并解决了幸存者生存空间孔径估计的技术难题，本发明技术方案转化后将在技术性能指标上高于市场上同类产品，具有显著的商业价值。

14、本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：首次利用幸存者生存空间孔洞介质为空气这一先验信息，并联合人体目标定位信息，对生存空间孔径进行了准确估计，该信息有利于判断幸存者周围状况。

15、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：首次利用生物雷达技术将压埋人体目标与周围环境结构进行兼容探测并对生存空间的孔径进行准确估计，解决了幸存者的生存状况的粗略估计以及避免幸存者受到二次伤害这一亟需解决的现实问题。有助于救援人员开展救援活动，最大限度地保证幸存者的生命安全。

16、第四，本发明的技术方案主要通过以下几个方面解决现有技术中的技术问题，并取得显著的技术进步：

17、1.参数优化：

18、阻尼系数的选择：通过选择合适的阻尼系数μ，优化了稀疏脉冲反褶积的效果，增强了回波信号在距离方向上的分辨率，提高了生存空间孔径预测的准确性。

19、迭代次数设定：通过设置固定的迭代次数或目标函数的阈值，确保了稀疏脉冲反褶积的计算稳定性和效率。

20、2.算法改进：

21、稀疏脉冲反褶积技术：采用稀疏脉冲反褶积对a型扫描回波信号进行反演，获取结构信息，使得a型回波信号在距离向上的分辨率得到显著增强，解决了传统方法中分辨率低的问题。

22、迭代重复加权最小二乘法：通过迭代重复加权最小二乘法求解反射系数序列，提升了稀疏脉冲反褶积的计算精度，克服了传统方法中反演结果不准确的问题。

23、3.数学模型创新：

24、发射子波和接收信号计算矩阵：通过构建发射子波计算矩阵r和接收信号计算矩阵g，利用矩阵运算提高了反演计算的效率和精度。

25、同心圆定位方法：以人体目标定位位置为圆心，生成一系列同心圆，通过分析稀疏脉冲序列与同心圆的交点，准确判定生存空间孔径上沿位置，解决了传统方法中定位不精确的问题。

26、4.显著的技术进步：

27、提高生存空间孔径预测的准确性：本发明通过稀疏脉冲反褶积和同心圆定位方法，提高了生存空间孔径预测的准确性，能够更精确地估计孔径尺寸。

28、增强回波信号分辨率：采用稀疏脉冲反褶积技术，显著增强了a型回波信号在距离向上的分辨率，解决了传统方法中分辨率不足的问题。

29、提高计算效率和稳定性：通过迭代重复加权最小二乘法和优化的阻尼系数选择，提升了计算效率和结果的稳定性，克服了传统方法中计算复杂且不稳定的问题。

30、总体而言，本发明通过优化参数、改进算法和创新数学模型，不仅解决了现有技术中的关键问题，还在生存空间孔径预测的准确性、计算效率和信号分辨率等方面取得了显著的技术进步。