一种基于毫米波的非接触式生命体征监测方法及系统与流程

本发明涉及毫米波雷达，具体涉及一种基于毫米波的非接触式生命体征监测方法及系统。

背景技术：

1、由于经济发展和人们生活水平的提高，人们越来越注重生命健康。而对于评估人体健康最重要的两项参数为呼吸和心跳信号，呼吸和心跳决定了人体基础功能和正常运作。

2、由于近年来由于突发性心肺病症而导致死亡情况逐年增加，为保证人们的生命财产安全需要对特定群体的进行实时生命体征监测，当发生突发情况时能够及时报警和提供救治，呼吸、心跳等生命体征信号的精确测量对健康状况的判断有着重要意义。

3、非接触呼吸心跳监测探测系统有着非常大的应用前景，非接触式测量能够在不接触皮肤的情况下，利用声、光、电、热能等介质间接探测呼吸、心跳引起的皮肤表面的温度变化和胸腔规律性变化，这些传感器探测到的信息经过一系列的算法可以提取出呼吸、心跳信息

4、目前非接触生命体征探测系统为了实现多目标精确探测，主要都是使用线性调频毫米波雷达，但目前实现生命探测系统的问题有:

5、1、由于雷达硬件以及相关的频率估计算法限制，目前所获得的生命体征探测结果约为30％，误差较大，且由于人体自身运动也容易产生干扰，导致测量结果不稳定。

6、2、由于呼吸和心跳的信号频率非常低，所以需要经过一段较长时间的信号采集才能采集到的数个周期的信号，实时性差，导致探测结果存在延迟，不适用于一些情况需要实时处理的场景，如重症监护、汽车安全驾驶等。

7、3、目前研究的系统及算法基本都是在pc端实现的，由于pc端体积较大，成本较高，且便利性不足且难以在小型的，低成本的处理器上实现。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于毫米波的非接触式生命体征监测方法，包括：

2、s1、向目标人体发射毫米波雷达信号；

3、s2、接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号；

4、s3、回波信号与发射的毫米波雷达信号混频得到中频信号，提取所述中频信号的频率和相位；

5、s4、根据所述中频信号的频率和相位构建频域信号，基于呼吸信号与心跳信号在频谱特性上的差异滤除呼吸信号，得到心跳信号。

6、进一步地，步骤s4中，据中频信号的频率fif和相位对中频信号进行频域转换，得到频域信号y(f)为呼吸信号的频率fb和心跳信号的频率fh的函数y(fb+fh)：

7、

8、其中，b为呼吸的幅度，cb为呼吸信号的频谱幅值，雷达回波信号的中频信号的频率fif是由呼吸信号的频率fb和心跳信号的频率fh组成。

9、进一步地，使用线性滤波因子将呼吸信号从中频信号的频域信号中滤除掉，重构得到心跳信号；

10、频域信号y(f)经过压缩算符φ作用后的信号y为：

11、y＝φy(f)＝φy(fb，fh)；

12、构造一个线性滤波因子m，将其作用至压缩测量后的信号y，得到：

13、m·y＝m·φy(fb，fh)；

14、从信号y中去除作为非目标信号的呼吸信号的频率fb，同时保证信号y中仍包含作为目标信号的心跳信号的频率fh。

15、进一步地，混频得到中频信号前，对回波信号中的噪声信号进行过滤，噪声信号表示为z(t)：

16、

17、w为产生噪声的散射中心数量，fc为发射的毫米波雷达信号的中心频率，i表示第i个散射中心，各散射中心的信号叠加为雷达每一次接收到的噪声信号z(t)，ai是第i个散射中心的回波强度，ri为第i个散射中心到雷达的径向距离，c为毫米波雷达信号的传播速度，γ是调频系数。

18、进一步地，步骤s1中，雷达在t时刻发射信号st(t)表示为：

19、

20、其中，j为虚数，t为时刻，fc为发射的毫米波雷达信号的中心频率，s为发射的毫米波雷达信号的斜率，为发射信号初始相位。

21、进一步地，步骤s2中，雷达接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号sr(t)表示为：

22、

23、为毫米波雷达信号的往返时间，c为毫米波雷达信号的传播速度，雷达与目标人体的胸腔随时间的位移r(t)表示为：

24、r(t)＝r0(t)+r′(t)；

25、其中，r0(t)为雷达与目标人体的距离，r′(t)为胸腔随时间的位移变化。

26、本发明还提出了一种基于毫米波的非接触式生命体征监测系统，用于实现非接触式生命体征监测方法，包括：发射装置，接收装置，混频装置，体征参数获取装置；

27、所述发射装置用于向目标人体发射毫米波雷达信号；

28、所述接收装置用于接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号；

29、所述混频装置用于将回波信号与发射的毫米波雷达信号混频得到中频信号，提取中频信号的频率和相位；

30、所述体征参数获取装置用于根据中频信号的频率和相位构建频域信号，基于呼吸信号与心跳信号在频谱特性上的差异滤除呼吸信号，得到心跳信号。

31、进一步地，所述体征参数获取装置包括：频域信号构建单元，压缩测量单元，压缩滤波单元；

32、频域信号构建单元用于根据中频信号的频率和相位构建频域信号；

33、压缩测量单元用于将频域信号进行压缩测量，得到压缩测量后的信号；

34、压缩滤波单元用于从压缩测量后的信号中去除作为非目标信号的呼吸信号的频率，同时保证压缩测量后的信号中包含作为目标信号的心跳信号的频率。

35、相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

36、向目标人体发射毫米波雷达信号；接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号；回波信号与发射的毫米波雷达信号混频得到中频信号，提取所述中频信号的频率和相位；根据所述中频信号的频率和相位构建频域信号，基于呼吸信号与心跳信号在频谱特性上的差异滤除呼吸信号，得到心跳信号。本发明可对目标人体的呼吸和心跳信号等关键生命体征进行实时、高效地非接触式测量，能够使用户了解被监测对象当前的呼吸心跳频率等生命体征信息，误差波动小，测量精度高。

技术特征：

1.一种基于毫米波的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，步骤s4中，根据中频信号的频率fif和相位对中频信号进行频域转换，得到频域信号y(f)为呼吸信号的频率fb和心跳信号的频率fh的函数y(fb+fh)：

3.根据权利要求2所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，使用线性滤波因子将呼吸信号从中频信号的频域信号中滤除掉，重构得到心跳信号；

4.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，混频得到中频信号前，对回波信号中的噪声信号进行过滤，噪声信号表示为z(t):

5.根据权利要求1所述的接触式生命体征监测方法，其特征在于，步骤s1中，雷达在t时刻发射信号st(t)表示为:

6.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，步骤s2中，雷达接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号sr(t)表示为:

7.一种基于毫米波的非接触式生命体征监测系统，用于实现如权利要求1-6任意一项所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，包括：发射装置，接收装置，混频装置，体征参数获取装置；

8.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监测方法，其特征在于，所述体征参数获取装置包括：频域信号构建单元，压缩测量单元，压缩滤波单元；

技术总结
本发明提出了一种基于毫米波的非接触式生命体征监测方法及系统，涉及毫米波雷达技术领域，向目标人体发射毫米波雷达信号；接收目标人体的胸腔振动反射回来的回波信号；回波信号与发射的毫米波雷达信号混频得到中频信号，提取所述中频信号的频率和相位；根据所述中频信号的频率和相位构建频域信号，基于呼吸信号与心跳信号在频谱特性上的差异滤除呼吸信号，得到心跳信号。

技术研发人员：刘峰
受保护的技术使用者：康力元（天津）医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15