一种信号的干扰对消方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种信号的干扰对消方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1：计算两组回波信号样本之间的信号延迟差，并基于该信号延迟差对其中一组回波信号样本进行校正，以获得时间同步的回波信号样本；S2：对校正后的回波信号样本进行多组延迟处理，并计算该多组延迟信号样本的采样相关矩阵，以及该多组延迟信号样本与未被校正的回波信号样本之间的相关矢量；S3：构建横向滤波器，并基于采样相关矩阵和相关矢量，获得横向滤波器的预先权重的矢量；S4：利用预先权重的矢量求解横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波信号样本。本发明能够消除干扰信号，提高信号的精度和准确性。
【专利说明】
一种信号的干扰对消方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及医疗健康器械和雷达技术领域，尤其涉及一种信号的干扰对消方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 人体生命参数测量雷达通过非接触式雷达发射接收电磁波的形式对人体目标的 微动信号和微多普勒信号进行探测和处理，实现呼吸、心跳、步态等人体生命参数的测量， 达到临床监护和家庭健康监护的目的。
[0003] 实际情况中，不同于理想的微波暗室，使用人体生命参数测量雷达的监护场所常 常处于复杂的电磁环境中，例如，在特定的工作频段内，人体生命参数测量雷达可能面临来 自大功率室内WIFI、6?1?、36/46、6?5以及其他标准的或非标的微波源所辐射的电磁波的干 扰，这些干扰信号易将本就微弱的人体目标生命参数回波信号掩盖或造成回波的扰动，造 成测量不精确或无法测量的结果。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种能够消除环境中电磁波的干扰，而提高测量信号的精度的信号 的干扰对消方法及系统。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
[0006] -种信号的干扰对消方法，所述方法通过对两个雷达接收到的对于同一发射信号 的回波信号样本进行处理，以获取干扰对消后的回波信号，所述方法包括以下步骤：
[0007] S1:计算两组所述回波信号样本之间的信号延迟差，并基于该信号延迟差对其中 一组回波信号样本进行校正，以获得时间同步的回波信号样本；
[0008] S2:对所述校正后的回波信号样本进行多组延迟处理，并计算该多组延迟信号样 本的采样相关矩阵，以及该多组延迟信号样本与未被校正的回波信号样本之间的相关矢 量；
[0009] S3:构建横向滤波器，并基于所述采样相关矩阵和所述相关矢量，获得所述横向滤 波器的预先权重的矢量；
[0010] S4:利用所述预先权重的矢量求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波 信号样本。
[0011] 作为优选，所述步骤S1之前还包括步骤so:分别对两个所述雷达同时接收到的回 波信号进行正交解调，并将解调后的信号作为两组回波信号样本。
[0012] 作为优选，所述步骤S1包括：
[0013] S11:通过获取两组所述回波信号样本的互相关函数的最大值，获取两组回波信号 样本的所述时间延迟；
[0014] S12:按照所计算出的时间延迟的值，对其中一组所述回波信号样本进行圆移操 作，以对该回波信号样本进行校正，同时同步两组回波信号样本。
[0015] 作为优选，所述步骤S2包括：
[0016] S21:按照下式计算多组延迟信号样本；
[0017] ?</〇 = uJi-i-A -(^ + 1) / 2] , 1 = 1,2,...,^', k = . K , 2-,i -
[0018] 其中，表示延迟信号样本，K表示组数;表示第k组延迟信号样本的第i个样 点，N表示样本长度；
[0019] S22:计算步骤S21中多组信号样本的采样相关矩阵，其中所述采样相关矩阵中的 第k行第1列的元素(为
[0021 ]其中，*表示共辄算子，i表示采样相关矩阵；
[0022] S23:计算该多组所述延迟信号样本与未经校正的回波信号样本的相关矢量，其中 相关矢量中第k个元素为
[0024] 其中，uwzsdihsdi]表示未经校正的回波信号样本;$表示第k个元素。
[0025] 作为优选，所述步骤S3中，根据求解方程组知匕=乃获得所述横向滤波器的权重以 及干扰对消后的回波信号样本；
[0026] 其中，j表示所述采样相关矩阵，方表示所述相关矢量，Wo表示预先权重的矢量。
[0027] 作为优选，所述步骤S4为将所述横向滤波器的预先权重的矢量作为初值，利用最 速梯度下降法求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波信号样本。
[0028] 作为优选，所述步骤S5中通过下式求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的 回波信号样本；
[0030] 其中，<*^表示干扰对消后的回波信号样本的第i个样点，wlk表示第i次迭代时横 向滤波器第k个通道的估计值，表示干扰对消前的回波信号样本的第i个样点， 表示所述步骤3中多组盐池信号样本中第k组延迟信号样本的第i个样点，N表示样本长 度，y表示步进参数。
[0031] 作为优选，所述延迟信号样本的组数为3或5。
[0032] 另外，本发明还提供了一种信号的干扰对消系统，其应用如上所述的信号的干扰 对消方法，所述干扰对消系统包括：
[0033] 第一雷达，其配置为接收和发送信号；
[0034]第二雷达，其配置为接收信号；
[0035]数据处理模块，其配置为基于所述第一雷达和第二雷达同时接收到的关于所述第 一雷达发送的信号的回波信号样本，获取干扰对消后的回波信号。
[0036]作为优选，所述数据处理模块进一步包括：
[0037]校正单元，其用于计算两个所述回波信号样本之间的信号延迟差，并基于所述信 号延迟差对一个回波信号样本进行校正；
[0038]延迟单元，其配置为对校正后的回波信号样本进行多组的延迟处理，并计算出多 组延迟信号样本的采样相关矩阵，以及所述采样相关矩阵和未被校正的回波信号样本之间 的相关矢量；
[0039] 干扰对消单元，其配置为构建横向滤波器，并基于所述采样相关矩阵和所述相关 矢量，获得所述横向滤波器的预先权重的矢量，并求解所述横向滤波器的权重以及干扰对 消后的回波信号样本。
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0041] 1、本发明技术方案可以通过两部人体生命参数测量雷达组成双通道系统，可有效 对消去除进入到雷达接收机中的干扰信号，实现人体生命参数的无干扰精确测量；
[0042] 2、本发明技术方案的干扰对消方法是自适应在线进行，保证了人体生命参数测量 雷达的实时工作能力。
【附图说明】
[0043] 图1为常规生命参数测量雷达系统工作示意图；
[0044] 图2为本发明实施例中双通道生命参数测量雷达系统工作示意图；
[0045] 图3为本发明实施例中的一种信号的干扰对消方法的原理流程图；
[0046] 图4本发明实施例中校正回波信号样本获得同步回波信号的方法的流程图；
[0047]图5为本发明实施例中图3中步骤S2的原理流程图；
[0048]图6为发明实施例中的一种信号的干扰对消系统的原理框图；
[0049]图7为本发明实施例中数据处理模块的原理框图。
[0050] 附图标记说明
[0051 ] 1-第一雷达 2-第二雷达
[0052] 3-数据处理模块 31-校正单元
[0053] 32-延迟单元 33-干扰对消单元
【具体实施方式】
[0054]下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的说明，但并不作为本发明的限 定。
[0055] 需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附 图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本 文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接 受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0056] 本发明实施例提供了一种信号的干扰对消方法，其是基于自适应干扰对消实施 的。而且，本发明实施例所提供的信号的干扰对消方法能够有效的消除信号传播是收到的 干扰，提高了信号的精度。
[0057]下面，在详细介绍本发明的实施方式的细节之前，先简单描述自适应干扰对消的 一些概念和原理。
[0058]图1为常规的生命参数测量雷达系统工作示意图，其中，如图1所示，常规的生命参 数测量雷达在存在干扰源且干扰信号从天线主瓣进入雷达接收机时，无法使用有效的方法 将干扰滤除，造成信号的严重失真。
[0059] 图2为本发明实施例的双通道生命参数测量雷达系统工作示意图，其中如图2所 示，使用空间分置的两部生命参数测量雷达组成相参系统，其中一部雷达用作发射-接收站 (T/R站），另一部雷达只作接收站(R站），利用两个雷达回波中目标信号的弱时空相关性和 干扰信号的强相关性，利用本发明专利技术方案，可实现干扰信号的自适应对消。
[0060] 下面，基于上述描述，对本发明的实施例进行详细的描述。图3为本发明实施例中 的一种信号的干扰对消方法的原理流程图，其中，该方法通过对两个雷达(如图2中的T/R站 和R站)接收到的对于同一发射信号的回波信号样本进行处理，以获取干扰对消后的回波信 号，所述方法包括以下步骤：
[0061] S1:计算两组回波信号样本之间的信号延迟差，并基于该信号延迟差对其中一组 回波信号样本(如R站接收到的回波信号样本)进行校正，以获得时间同步的回波信号样本； [0062] S2:对校正后的回波信号样本进行多组延迟处理，并计算该多组延迟信号样本的 采样相关矩阵，以及该多组延迟信号样本与未被校正的回波信号样本之间的相关矢量;例 如，可以计算来自R站雷达的校正后信号样本以一定方式延迟的K组信号样本，计算这K组信 号样本的采样相关矩阵I，以及这K组信号样本与来自T/R站雷达回波信号样本的相关矢量 乃;其中，K组延迟信号样本中K的值取为3，也可取为5;
[0063] S3:构建横向滤波器，并基于所述采样相关矩阵和所述相关矢量，获得所述横向滤 波器的预先权重的矢量;该横向滤波器的通道数与步骤S2中的延迟信号样本的组数K相同， 还可以利用步骤S2计算得来的采样相关矩阵j和相关矢量j，解方程组身％ = 6，得到横向 滤波器的预先权重的矢量Wo;
[0064] S4:利用所述预先权重的矢量求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波 信号样本。例如，以步骤S3中得到的横向滤波器的预先权重的矢量Wo作为初值，使用最速梯 度下降法迭代求解横向滤波器的权重，以及干扰对消后的T/R站雷达回波信号样本；
[0065] 其中最速梯度下降法迭代求解横向滤波器的权重和干扰对消后的T/R站雷达回波 信号样本的表达式为 K (out) * (A:) u =UL( - > HA/- u ,
[0066] 1 t=i ~J ，i =\:2.N . (k ) i out、*
[0067] 其中表示干扰对消后的T/R站雷达回波信号样本的第i个样点，wlk表示第i次 迭代时横向滤波器第k个通道的估计值，uyisdi]表示干扰对消前的T/R站雷达回波信号 样本的第i个样点，表示所述步骤3中第k组延迟信号样本的第i个样点，N表示样本长度， y表示步进参数。
[0068]基于上述配置，本发明的实施例可以通过对两个雷达接收到的回波信号进行处 理，而获得滤除干扰信号后的回波信号，增加接收信号的精度。
[0069]优选的，本发明实施例中步骤S1之前还包括步骤S0:分别对两个雷达同时接收到 的回波信号进行正交解调，并将解调后的信号作为两组回波信号样本。如利用图2中的使用 空间分置的两部人体生命参数测量雷达组成相参系统照射同一人体目标，其中一部雷达用 作发射_接收站(T/R站），另一部雷达只作接收站(R站），在一个脉冲重复周期内，由T/R站雷 达发射电磁波，获取经人体目标散射而回的、被T/R站雷达和R站雷达分别同时接收并正交 解调后获得两组回波信号样本。
[0070] 如图4所示为本发明实施例中校正回波信号样本获得同步回波信号的方法的流程 图；也就是说，步骤S1还可以进一步包括：
[0071] S11:通过获取两组所述回波信号样本的互相关函数的最大值，获取两组回波信号 样本的所述时间延迟;例如可以获得的来自T/R站雷达回波信号样本 S1[i]和R站雷达的回 波信号样本s2[i]，使用互相关最大法计算两组样本间的信号延迟差
[0072] w = argmax/?vJm], m
[0073] 其中，及[W]表示两组样本间的互相关函数； 'Ll 、、[/+/?/]、:[/]， .w=(u …，八' -1
[0074] ^VH = ; ([，]，/" = -(iV~l)，-(AL2)，...「l _ 0， 其它
[0075] 其中，N表示的S1[i^PS2[i]的样本长度，*表示共辄算子；
[0076] S12:按照所计算出的时间延迟的值，对其中一组所述回波信号样本s2[i]进行圆 移操作，以对该回波信号样本进行校正，同时同步两组回波信号样本。如本实施例中可以采 用对回波信号样本s 2[i]进行向右圆移A个样本的操作，得到R站雷达校正后信号样本 七⑷=c/rcv/z丨/丨j 其中circshift{s，m}表示将信号向右圆移汾个样本的算子。 通过上述步骤，可以对信号样本进行校正，同步两组回波信号。
[0077]另外，如图5所示，为本发明实施例中步骤S2的原理流程图。其中步骤S2可以包括 以下步骤：
[0078] S21:按照下式计算多组延迟信号样本，如K组延迟信号样本(<1;
[0079] uU) =u,\i + k-(K + \)/2] , i = 2-.i ' '
[0080] 其中，表示延迟信号样本，K表示组数#r表示第k组延迟信号样本的第i个样 点，N表示样本长度；
[0081 ] S22:计算步骤S21中K组信号样本的采样相关矩阵i，所述采样相关矩阵中的第k 行第1列的元素^为
[0083] 其中，*表示共辄算子，J表示采样相关矩阵；
[0084] S23:计算该多组所述延迟信号样本与未经校正的回波信号样本Sl[i]的相关 矢量￡)，其中相关矢量中第k个元素为
[0086]其中，umdihsji]表示未经校正的回波信号样本；表示第k个元素。
[0087]综上，本发明提供的一种信号的干扰对消方法，可有效对消去除进入到雷达接收 机中的干扰信号，实现人体生命参数的无干扰在线进精确测量。
[0088] 此外，本发明还提供了一种信号的干扰对消系统，其应用了如上实施例中所述的 信号的干扰对消方法。如图6所示为本发明实施例中的一种信号的干扰对消系统的原理框 图。
[0089] 其中，如图6所示，本发明实施例的信号的干扰对消系统可以包括:第一雷达1，第 二雷达2,数据处理模块3;其中第一雷达1配置为接收和发送信号（如图2中的T/R站雷达）； 第二雷达2配置为接收信号（如图2中的R站雷达）；数据处理模块3配置为基于第一雷达1和 第二雷达2同时接收到的关于第一雷达1发送的信号的回波信号样本，获取干扰对消后的回 波信号。
[0090] 通过上述系统的配置，本发明实施例中提供的信号的干扰对消系统可以实现消除 干扰信号的效果，从而提高接收信号的准确度和精度。
[0091] 另外，如图7所示，为本发明实施例中的数据处理模块的原理结构框图，其中数据 处理模块3可以包括:校正单元31、延迟单元32和干扰对消单元33，其中校正单元31用于计 算第一雷达1和第二雷达2接收到的回波信号样本之间的信号延迟差，并基于该信号延迟差 对一个回波信号样本进行校正；
[0092]校正单元31接收第一雷达1的回波信号样本81[1]和第二雷达2的回波信号样本82 [i ]，并使用互相关最大法计算两组样本间的信号延迟差：
[0093] w-argmax^s.vJm], m
[0094] 其中/(|S: 表示两组样本间的互相关函数 A -1 Z …，灰一 1
[0095] = ? R： [_^ m = 、 0, 其它
[0096] 其中，N表示的S1 [ i ]和82 [ i ]的样本长度，*表示共辄算子；
[0097] 并且，利用计算出的信号延迟差说，将第二雷达的回波信号样本82[1]进行圆移操 作，如向右圆移邊个样本，得到R站雷达校正后信号样本⑷=c//t.s7/(7?卜；^ ，其中 circshift{s，m}表示将信号向右圆移m个样本的算子;本实施例中采用向右圆移样本的方 式，但是也可以采用向左圆移或其他方向圆移的方式，进行上述校正操作。
[0098]优选的，在通过校正单元31对雷达回波信号样本进行校正之前，第一雷达和第二 雷达接收的信号进行正交解调，并将解调后的信号作为待处理的回波信号样本。
[0099] 延迟单元32用于对校正单元31校正后的回波信号样本进行多组的延迟处理，如K 组延迟处理，并计算出多组延迟信号样本的采样相关矩阵i，以及采样相关矩阵i和未被校 正的回波信号样本之间的相关矢量力；本实施例中的K组延迟信号样本中K的值取为3,也可 取为5。
[0100]具体的，延迟单元32可以对校正单元31校正后的后信号样本U2[i]，按下式计算K 组延迟信号样本
[0101 ] M'）.= "，[/ +A - (K + 1) / 2]， i - 1,2,,....,N , k = 1,2,... ,K , 2j -
[0102] 其中，〃，表示第k组延迟信号样本的第i个样点，N表示样本长度；
[0103] 并利用得到的K组延迟信号样本，计算这K组信号样本的采样相关矩阵及，其 中J中第k行第1列的元素&为
[0105] 其中*表示共辄算子；
[0106] 并通过计算K组延迟信号样本(与来自第一雷达回波信号样本S1 [ i ]的相关矢 量，其中乃中第k个元素4为
[0108] 其中，;
[0109] 干扰对消单元33则可以用于构建横向滤波器，并基于采样相关矩阵i和相关矢量 D，获得该横向滤波器的预先权重的矢量WQ，并求解横向滤波器的权重以及干扰对消后的 回波信号样本。
[0110] 具体的，本发明实施例中的干扰对消单元33可以利用延迟单元32计算得来的采样 相关矩阵i和相关矢量乃，解方程组》％ =i，得到横向滤波器的预先权重的矢量w〇;并以 得到的横向滤波器的预先权重的矢量Wo作为初值，使用最速梯度下降法迭代求解横向滤波 器的权重，以及干扰对消后的T/R站雷达回波信号样本；
[0111] 其中的最速梯度下降法迭代求解横向滤波器的权重和干扰对消后的第一雷达回 波信号样本的表达式为
[0112] k=i , / = 1/0 - m , ir-n{k\t{out^ 14(^-1：)^ - wik + uf
[0113] 其中，a(@表示干扰对消后的T/R站雷达回波信号样本的第i个样点，wlk表示第i次 迭代时横向滤波器第k个通道的估计值，uyisdi]表示干扰对消前的T/R站雷达回波信号 样本的第i个样点，表示所述步骤3中第k组延迟信号样本的第i个样点，N表示样本长度， 2-J. y表示步进参数。
[0114]综上所述，本发明提供的信号的干扰对消系统可有效对消去除进入到雷达接收机 中的干扰信号，实现人体生命参数的无干扰在线进精确测量。
[0115]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种信号的干扰对消方法，其特征在于，所述方法通过对两个雷达接收到的对于同 一发射信号的回波信号样本进行处理，以获取干扰对消后的回波信号，所述方法包括以下 步骤： SI:计算两组所述回波信号样本之间的信号延迟差，并基于该信号延迟差对其中一组 回波信号样本进行校正，以获得时间同步的回波信号样本； S2:对所述校正后的回波信号样本进行多组延迟处理，并计算该多组延迟信号样本的 采样相关矩阵，以及该多组延迟信号样本与未被校正的回波信号样本之间的相关矢量； S3:构建横向滤波器，并基于所述采样相关矩阵和所述相关矢量，获得所述横向滤波器 的预先权重的矢量； S4:利用所述预先权重的矢量求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波信号 样本。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sl之前还包括步骤SO:分别对两 个所述雷达同时接收到的回波信号进行正交解调，并将解调后的信号作为两组回波信号样 本。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sl包括： Sll:通过获取两组所述回波信号样本的互相关函数的最大值，获取两组回波信号样本 的所述时间延迟； S12:按照所计算出的时间延迟的值，对其中一组所述回波信号样本进行圆移操作，以 对该回波信号样本进行校正，同时同步两组回波信号样本。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括： S21:按照下式计算多组延迟信号样本；其中，表示延迟信号样本，K表示组数;if1表示第k组延迟信号样本的第i个样点，N 表不样本长度； S22:计算步骤S21中多组信号样本的采样相关矩阵，其中所述采样相关矩阵中的第k行 第1列的元素 i为其中，*表示共辄算子，J表示采样相关矩阵； S23:计算该多组所述延迟信号样本与未经校正的回波信号样本的相关矢量，其中相关 矢量中第k个元素为其中，m,psdi]，Sl[i]表示未经校正的回波信号样本;％表示第k个元素。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据求解方程组获 得所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回波信号样本； 其中，J表示所述采样相关矩阵，.!>表示所述相关矢量，Wo表示预先权重的矢量。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4为将所述横向滤波器的预先权 重的矢量作为初值，利用最速梯度下降法求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的回 波信号样本。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中通过下式求解所述横向滤波 器的权重以及干扰对消后的回波信号样本；其中，Vm"1表示干扰对消后的回波信号样本的第i个样点，Wlk表示第i次迭代时横向滤 波器第k个通道的估计值，m,1 = S1[i]表示干扰对消前的回波信号样本的第i个样点表 示所述步骤3中多组盐池信号样本中第k组延迟信号样本的第i个样点，N表示样本长度，μ表 示步进参数。8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延迟信号样本的组数为3或5。9. 一种信号的干扰对消系统，其特征在于，应用如权利要求1-8中任意一项所述的信号 的干扰对消方法，其特征在于，所述干扰对消系统包括： 第一雷达，其配置为接收和发送信号； 第二雷达，其配置为接收信号； 数据处理模块，其配置为基于所述第一雷达和第二雷达同时接收到的关于所述第一雷 达发送的信号的回波信号样本，获取干扰对消后的回波信号。10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块进一步包括： 校正单元，其用于计算两个所述回波信号样本之间的信号延迟差，并基于所述信号延 迟差对一个回波信号样本进行校正； 延迟单元，其配置为对校正后的回波信号样本进行多组的延迟处理，并计算出多组延 迟信号样本的采样相关矩阵，以及所述采样相关矩阵和未被校正的回波信号样本之间的相 关矢量； 干扰对消单元，其配置为构建横向滤波器，并基于所述采样相关矩阵和所述相关矢量， 获得所述横向滤波器的预先权重的矢量，并求解所述横向滤波器的权重以及干扰对消后的 回波信号样本。
【文档编号】G01S7/36GK105891790SQ201610512973
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】黄亦谦
【申请人】北京千安哲信息技术有限公司