[發明專利]一種非接觸式生命體征監護系統的信號處理算法

無效

• 申請號: 201310046409.2
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103070687A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 洪弘;朱曉華;李彧晟;李洪濤;顧陳;黃劍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于雷達領域，特別設計一種非接觸式生命體征I按戶系統的信號處理算法。

背景技術

心跳及呼吸是人體重要的身體特征狀況信息。目前常用的處理生命體征監護系統的信號處理算法為反正切法相位解調，運用該種算法時，對測試條件要求非常苛刻，即前端模擬雙支路正交解調出的兩路信號需要嚴格正交，否則對解調出的相位正確性有很大影響，同時系統自身產生的噪聲以及解調波的幅度誤差都會對解調結果產生影響。本發明可以有效解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非接觸式生命體征監護系統的信號處理算法，主要包括三大部分：心跳呼吸信號分離部分、心跳呼吸主成分提取部分、心跳呼吸信號頻率提取部分。心跳呼吸信號分離部分基于心跳與呼吸頻率的差異特性，從心跳呼吸疊加信號中分離出呼吸信號及心跳信號。心跳呼吸主成分提取部分用于提取正交兩支路的呼吸信號以及心跳信號。心跳呼吸信號頻率提取部分主要是對主成分提取部分中提取出的信號進行頻率提取以及信號平滑操作，得到心跳呼吸的頻率以及波形。

實現本發明目的的技術解決方案為：

第一步：模擬端送來正交的兩路心跳和呼吸數字信號，一路為同相（I）路信號，另一路為和正交（Q）路信號，分別對I路和Q路進行心跳和呼吸信號分離處理，即根據心跳和呼吸信號頻率的差別進行濾波處理，處理步驟如下：

步驟11，模擬端送來正交的兩路心跳和呼吸數字信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號，將I路數字信號分為兩路，一路通過第一高通濾波器，濾出I路心跳及高頻信號；

步驟12，將步驟11濾出的I路心跳信號通過第一低通濾波器，濾除帶外噪聲，得到純凈的I路心跳信號；

步驟13，將I路的另一路通過第二低通濾波器，濾出I路呼吸信號。

步驟14，將Q路數字信號分為兩路，一路通過第二高通濾波器，濾出Q路心跳及高頻信號；

步驟15，將Q路心跳信號通過第三低通濾波器，濾除帶外噪聲，得到純凈的Q路心跳信號；

步驟16，將Q路的另一路通過第四低通濾波器，濾出Q路呼吸信號。

第二步：分別將第一步中分離所得的I路心跳信號和Q路心跳信號進行主成分提取處理，I路呼吸信號和Q路呼吸信號進行主成分提取處理，主成分提取處理步驟如下：

步驟21，將第一低通濾波器濾波后的信號????????????????????????????????????????????????和第三低通濾波器濾波后的信號（或者將第二低通濾波器濾波后的信號和第四低通濾波器濾波后的信號）構成一個維的矩陣，即

步驟22，將步驟21所得矩陣進行樣本中心化處理，即

步驟23，計算步驟22中的協方差矩陣得到協方差矩陣R：

步驟24，對步驟23所得的協方差矩陣進行特征分解，得到心跳兩個特征值及其對應的特征向量和，并將特征值按從大到小排序，即，其對應的特征向量分別為和。（或者對步驟23所得的協方差矩陣進行特征分解得到呼吸的兩個特征值及其對應的特征向量和，并將特征值按從大到小排序，即，其對應的特征向量分別為和）

步驟25，計算主成分所占總體信息的成分比，若成分比大于等于90%，則判定該成分為提取后的主成分，若成分比小于90%，則判定為無心跳（或呼吸）信號。其中主成分成分比計算公式為

步驟26，取L1為心跳主成分，L2為呼吸主成分。

第三步：分別將第二步中主成分提取所得的心跳信號進行平滑處理，得到心跳實時波形，主成分提取所得的心跳信號進行傅里葉變化處理，得到實時心跳頻率；第二步中主成分提取所得的呼吸信號進行平滑處理，得到呼吸實時波形，主成分提取所得的呼吸信號進行傅里葉變化處理，得到實時呼吸頻率，處理步驟如下：

步驟31，對提取主成分的心跳信號L1進行平滑濾波處理，得到實時心跳波形；

步驟32，對提取主成分的心跳信號L1進行FFT運算，得到實時心跳頻率；

步驟33，對提取主成分的呼吸信號L2進行平滑濾波處理，得到實時呼吸波形；

步驟34，對提取主成分的呼吸信號L2進行FFT運算，得到實時呼吸頻率。

第一高通濾波器：600階，凱撒窗，截止頻率0.83Hz，旁瓣抑制50dB。

第一低通濾波器：50階，凱撒窗，截止頻率8Hz。

第二低通濾波器：20階，截止頻率0.8Hz。