[發明專利]一種基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法

有效

• 申請號: 201711315537.7
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107928674B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張大慶;王天本
• 申請（專利權）人: 北京大學（天津濱海）新一代信息技術研究院
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08;G01S15/08
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

1.一種基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于，包括：

使用聲波收發器發送線性調頻波并接收回波；

對所述回波做帶通濾波，濾除掃頻范圍以外的噪音；

采樣率差異補償，采用離線的方式采集線性調頻波和回波做回歸分析，擬合出誤差模型，并根據所述誤差模型進行補償；

計算所述線性調頻波和回波的互相關函數；

確定參考點并將相對延遲轉化為絕對延遲；

根據測距公式估算距離，構建定長緩存隊列，以緩存測距結果；

計算所述測距結果的自相關函數；

選擇自相關函數第一峰值最大的測距結果作為最終的呼吸波形；

對呼吸波進行低通濾波，在給定時間窗口計算呼吸率，并可視化所述呼吸波。

2.根據權利要求1所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

所述線性調頻波的波形v_tx(t)描述如下式1

其中：載頻F_c在人聽覺范圍以外，即F_c18KHz；調頻帶寬B≤F_uperBound-F_c,其中F_uperBound為所述聲波收發器的頻響上限；調頻周期T滿足其中Range為所述聲波收發器的最大測距距離，C為聲速。

3.根據權利要求1所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

所述聲波收發器包括綁定在一起并且朝向相同的揚聲器和麥克風。

4.根據權利要求1所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

根據下式2計算所述線性調頻波的波形v_tx和回波v_rx的互相關函數并識別互相關函數M個峰值：

N為一個調頻周期T內發送波形的樣本數。

5.根據權利要求4所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

設所述互相關函數峰值對應的橫坐標從右到左依次為Lag_i,i＝1,2,…N，其中Lag_i為相對延遲，根據下式3計算所述絕對延遲Lag_j：

Lag_j＝Lag_j-Lag₁,j＝2,3,...M (式3)

M表示互相關函數峰值個數。

6.根據權利要求5所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

根據下式4計算絕對距離：

其中，Fs為所述聲波收發器的聲卡采樣頻率，C為聲速常數。

7.根據權利要求6所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

設緩存時間長度為T_cache,則緩存隊列R_cache(j)為：

R_cache(j)＝[R(j|t＝1/F_s),R(j|t＝2/F_s),...R(j|t＝T_cache)],j＝2,3,...N

R(j|t)表示R(j)在時刻t的取值。

8.根據權利要求7所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

根據下式5計算每個緩存隊列中自相關函數AC(k)：

其中μ為R_cache(j)的均值，σ²為R_cache(j)的方差，R_cache(j,i)表示R_cache(j)的第i個元素，i＝1,2,…,Fs*T_cache，Fs*T_cache為緩存隊列長度。

9.根據權利要求1所述的基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，其特征在于：

所述時間窗口為1分鐘。