刘楚妍 杨天虹 王昕宇 刘宇

(沈阳航空航天大学,辽宁沈阳 110136)

0 引言

近年来,雷达技术在生产、生活等各个方面给人们提供了极大地便利。相较于传统接触式的生命体征检测方法,非接触式雷达传感器在灾难救援、反恐响应和紧急搜索等日常领域有着更广泛的应用。本文采用LFMCW雷达进行人体非接触生命体征检测[1],LFMCW雷达功耗低,具有较高的分辨率和系统集成度,且其目标信息保存在接收相位中,硬件处理相对简单,具有不可替代的优势。

1 调频连续波雷达原理

LFMCW雷达系统包括信号发生器、发射天线、接收天线、滤波器和模数转换器等,图1为LFMCW雷达系统的简化框图。

图1 LFMCW雷达系统简化框图Fig.1 Simplified block diagram of LFMCW radar system

LFMCW雷达发射由信号发生器产生的线性调频连续波信号,雷达信号在遇到目标时被反射回来。正交接收机负责捕获回波信号并与发射信号正交混合,通过滤波器后得到差拍信号,差拍信号再经模数转换器后进行后续信号处理。

2 雷达信号建模

一个LFMCW波形周期内发射信号的数学表达式可以表示为

其中ATX是发射信号的幅度,fc是发射信号的起始频率,θ(t)是相位噪声,B是带宽,Tc是锯齿波信号的宽度,BTc代表发射信号频率的变化率。

假设R（t）是胸部的运动位移,d0是雷达传感器到人体的距离,则从胸腔到雷达的距离x（t）=R（t）+d0,时间延迟td=2x（t）c,其中c为光速。记ARX为接收信号的幅值,则接收信号的表达式为

回波信号和传输信号由两个正交的I/Q通道混合,然后通过低通滤波器得到差拍信号Sif（t）,差拍信号的表达式为: