基于LFMCW雷达的心率估计算法的制作方法

文档序号:21774495发布日期:2020-08-07 19:29阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,包括以下步骤:

提供lfmcw雷达,所述lfmcw雷达能够进行检测信号的收发;

使用所述lfmcw雷达向目标物发送n个检测信号,并对应接收n个反射信号;

对各个反射信号和与各个反射信号对应的检测信号进行混频,获取n个中频信号,形成原始数据矩阵;

对所述原始数据矩阵进行傅里叶变换,获取距离矩阵;

获取所述目标物在所述距离矩阵中的下标;

根据所述目标物在所述距离矩阵中的下标,获取所述目标物的原始相位信号;

根据所述原始相位信号获取到所述目标物的微动信号;

从所述微动信号中筛选心跳信号,并进行心率估计。

2.根据权利要求1所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,构成n×m的原始数据矩阵m[nslow,mfast],其中nslow=1,2,……n,mfast=1,2,……m,其中m是对每个检测信号进行采样时的采样点数。

3.根据权利要求2所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,对所述原始数据矩阵进行快时间维度的傅里叶变换,得到所述距离矩阵rp[nslow,mfast]。

4.根据权利要求3所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,计算所述目标物的位置所在的检测信号在所述距离矩阵中的下标mpeople,所述目标物与所述lfmcw雷达之间的距离为其中为mpeople的频率。

5.根据权利要求4所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,根据所述目标物在所述距离矩阵中的下标,获取所述目标物的原始相位信号时,所述原始相位信号为swrap(nslow)=rp[nslow,mpeople],为慢时间维度的相位。

6.根据权利要求5所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,在根据所述原始相位信号获取到所述目标物的微动信号前,还包括以下步骤:

对所述目标物的原始相位信号的相位跳变进行修正。

7.根据权利要求6所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,根据修正了相位跳变后的所述目标物的原始相位信号,获取所述微动信号。

8.根据权利要求7所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,所述修正了相位跳变后的所述目标物的原始相位信号为:

sunwrap(nslow)=unwrap(swrap(nslow));

所述微动信号为:

9.根据权利要求1所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,使用基于pe的meemd滤波器从所述微动信号中筛选获得心跳信号。

10.根据权利要求1所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,通过峰值检测算法获得心率估计值hr。

11.根据权利要求1所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,所述lfmcw雷达发送的检测信号为:

其中fc是中心频率,是线性调频斜率,b是lfmcw雷达的带宽,τchirp是所述检测信号斜率上升的时间,是所述检测信号的初始相位,r(τ)为目标物与lfmcw雷达的距离。

12.根据权利要求11所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,经过距离为r(τ)的目标物反射后,所述lfmcw雷达接收到的反射信号为:

其中srx(t)为所述反射信号,σ表示所述反射信号的幅度,由反射物体的雷达散射截面和传播损耗共同决定;

将所述反射信号和检测信号进行混频,获取的所述中频信号为:

其中,sif(t)为所述中频信号,fif=4πγr(τ)/c与距离r(τ)成正比,且4πfcr(τ)/c为慢时间相位,为残余相位;

所述距离r(τ)满足:

13.根据权利要求1所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,对所述中频信号进行快时间维度的傅里叶变换,以获取距离频谱图,从而获取距离为r(τ)的目标物的原始相位信号。

14.根据权利要求9所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,使用基于pe的meemd滤波器从所述微动信号中筛选获得心跳信号时,包括以下步骤:

步骤1:在所述微动信号中添加零均值白噪声信号,获得第一信号和第二信号,所述第一信号为所述微动信号与所述零均值白噪声信号的和,所述第二信号为所述微动信号与所述零均值白噪声信号的差;

步骤2:分别对所述第一信号和第二信号进行经验模态分解,得到第m阶imf分量,分别为其中i=1,2,……ne,且进行ne次经验模态分解后得到的平均第m阶imf分量im(t)为:

步骤3:设置pe阈值thmeemd,计算平均第m阶imf分量im(t)的归一化排列熵其中k代表嵌入维数为k的pe;

步骤4:若则判定所述平均第m阶imf分量im(t)为平稳信号,所述平均第m阶imf分量im(t)包含心跳信号,并进入步骤5,否则,判定所述平均第m阶imf分量im(t)为噪声信号或者干扰,并进行所述微动信号与所述平均第m阶imf分量im(t)的相减运算,并重新开始所述步骤1;

步骤5:对所述微动信号进行经验模态分解,设置pe区间,且若所述的归一化排列熵位于所述pe区间内,则判断所述平均第m阶imf分量im(t)为心跳信号,否则判定为杂波。

15.根据权利要求14所述的基于lfmcw雷达的心率估计算法,其特征在于,所述pe阈值thmeemd为0.6,所述pe区间为[0.31,0.44]。


技术总结
该发明涉及一种基于LFMCW雷达的心率估计算法,具有更高的稳定性,以及更高的精准度。基于LFMCW雷达的心率估计算法,包括以下步骤:提供LFMCW雷达,LFMCW雷达能够进行检测信号的收发;使用LFMCW雷达向目标物发送N个检测信号,并对应接收N个反射信号;对各个反射信号和与各个反射信号对应的检测信号进行混频,获取N个中频信号,形成原始数据矩阵;对原始数据矩阵进行傅里叶变换,获取距离矩阵;获取目标物在距离矩阵中的下标;根据目标物在距离矩阵中的下标,获取目标物的原始相位信号;根据原始相位信号获取到目标物的微动信号;从微动信号中筛选心跳信号,并进行心率估计。

技术研发人员:廖洪海;林水洋;何为
受保护的技术使用者:隔空(上海)智能科技有限公司
技术研发日:2020.06.04
技术公布日:2020.08.07
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