[发明专利]基于非接触式生命体征监测系统的一维雷达布阵优化方法

摘要

本发明公开了一种基于非接触式生命体征监测系统的一维雷达布阵优化方法，步骤如下：在考虑心脏尺寸的条件下，根据雷达系统载频，确定阵列的孔径与阵元的数目，对雷达一维阵列孔径进行离散化处理并对离散孔径拓扑使用带约束条件的二进制向量来表示；对得到的二进制向量代入MIMO雷达方向图公式来确立与方向图的一一对应关系，由方向图可以求解其对应的峰值旁瓣电平PSL，从而将PSL表示为拓扑结构二进制向量的函数，建立对应的二进制优化问题；采用智能优化算法确定优化后的阵列拓扑结构，得到对应的最优PSL方向图。本发明通过智能优化算法能够有效降低非接触式生命体征监测系统雷达的PSL，从而实现非接触式生命体征监测系统的一维雷达布阵优化设计。

主权项

1.一种基于非接触式生命体征监测系统的一维雷达布阵优化方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，在考虑心脏尺寸的条件下，根据具体的雷达系统载频，确定阵列的孔径与阵元的数目，对雷达一维阵列孔径进行离散化处理并对离散孔径拓扑使用带约束条件的二进制向量来表示；步骤2，将步骤1得到的二进制向量代入MIMO雷达方向图公式，确立二进制向量与MIMO雷达方向图的一一对应关系，由MIMO雷达方向图求解峰值旁瓣电平PSL，并将PSL表示为拓扑结构二进制向量的函数，从而建立二进制优化问题；步骤3，对步骤2获得的二进制优化问题采用智能优化算法进行求解，得到优化后的阵列拓扑结构，并确定最优PSL方向图；步骤1所述在考虑心脏尺寸的条件下，根据具体的雷达系统载频，确定阵列的孔径与阵元的数目，对雷达一维阵列孔径进行离散化处理并对离散孔径拓扑使用带约束条件的二进制向量来表示，具体步骤为：步骤1.1，假设雷达的工作频率为f，人体组织的介电常数为ε_r，光速为c，得到雷达工作波长步骤1.2，确定阵列的孔径大小，孔径的大小满足心脏完全被覆盖，假设人体心脏的尺寸为M×N且M＞N，则设计一个大于M的一维线阵，即构造孔径L＝aλ＞M，a为常数系数，M、N的单位均为cm；步骤1.3，确定一维线阵的阵元数N1，N1＝Nt＝Nr，Nt、Nr分别为发射阵元数和接收阵元数；步骤1.4，一维线阵的阵元间距满足大于或者等于0.5λ，将线阵按0.5λ的间距离散化为个端点，即2a+1个端点；步骤1.5，一维线阵的阵元离散化位置应遵循以下规则：一维线阵发射阵列、接收阵列首尾端点都放置阵元，剩余的N₁‑2个发射阵元与N₁‑2个接收阵元放置在各自剩余的2a+1‑2个端点，即2a‑1个端点上；使用二进制向量表示MIMO雷达发射阵列拓扑结构，二进制向量来表示MIMO雷达接收阵列拓扑结构，即步骤1.6，对步骤1.5得到的离散孔径拓扑使用带约束条件的二进制向量来表示，如下所示：bti,bri∈{0,1}bt1＝bt2a+1＝br1＝br2a+1＝1式中，i＝1,2,…,2a+1。