[發明專利]一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法和系統

有效

• 申請號: 201811286932.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109522826B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 劉震宇;陳惠明;鄧雄峰;陸蔚;廖炫達
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：對雷達中頻信號進行一定的預處理，提取出生命信號；

S2：從預處理后的信號中提取呼吸信號，計算呼吸信號頻率以及延時單元；

S3：實時分離出雷達生命信號中的呼吸信號和心跳信號；

步驟S1對雷達中頻信號進行一定的預處理，提取雷達生命信號的具體步驟為：

S11：由FMCW回波信號確定目標位置，并提取出其相位信號，得到目標的距離信息和相位差信號；

S12：根據雷達獲得的目標距離信息，去除目標周圍部分物體的干擾，并對雷達中頻信號進行FFT，確定目標所在的位置，提取目標的雷達生命信號；

S13：對雷達生命信號進行低通濾波，去除高頻噪聲，得到生命信號；

步驟S2中從預處理后的信號中提取呼吸信號，計算呼吸信號頻率的具體步驟為：

S21：令n＝0，n為生命信號分解得到的分量hj(t)的個數，t表示時間，求出生命信號w(t)所有的極大值和極小值，擬合出生命信號w(t)的上下包絡線，求出包絡的均值m(t)，然后減去包絡均值得到一個新的信號：

h_j(t)＝w(t)-m(t)；

S22：判斷h_j(t)的極值點數目和零點數目差值的絕對值是否不大于1，包絡線的均值是否為零，若不滿足這兩個條件，則令w(t)＝h_j(t)且重復步驟S22；若滿足S22中的兩個條件則令n＝n+1，生命信號w(t)表示為：

w(t)＝h_j(t)+p_j(t)

其中p_j(t)為殘余分量；

S23：判斷p_j(t)是否為單調函數，若p_j(t)不是單調函數則回到步驟S22，若p_j(t)是單調函數，則生命信號w(t)可以用以下公式表示：

即將生命信號w(t)分解為n個分量和一個殘余分量的和；

S24：根據生命信號w(t)分解得到的各個分量的頻譜特性，初步挑選出呼吸信號的分量h_j(t)：

S25：從挑選的分量中選擇部分分量h_j(t)重構呼吸信號，并計算呼吸信號頻率f_r；

S26：根據步驟S25重構得到的呼吸信號確定延時單元d的值，其中，fr為步驟

S25重構得到的呼吸信號頻率。

2.根據權利要求1所述的一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法，其特征在于：步驟S24中挑選出呼吸信號的分量的方法為：對雷達生命信號w(t)分解得到n個分量h_j(t)進行快速傅里葉變換得到其頻譜h_j(w)，分別找到各個分量頻譜中幅值最大的頻率點f_j，根據f_j所在的頻率范圍初步挑選出屬于呼吸信號的分量，其中，j＝1、2、3...n。

3.根據權利要求2所述的一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法，其特征在于：步驟S25中重構呼吸信號的具體步驟為：計算S24所選擇的呼吸信號分量與生命信號w(t)的相關系數，并用相關系數最大的兩個分量重構呼吸信號，如果S24中選擇的呼吸信號分量數目小于2，則用所有的信號分量h_j(t)重構呼吸信號。

4.根據權利要求3所述的一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法，其特征在于：步驟S3實時分離出雷達生命信號中的呼吸信號和心跳信號的具體步驟為：

S31：將生命信號延時d個單元得到濾波器參考信號；

S32：濾波器參考信號經過濾波器濾波后得到濾波信號，將濾波信與S1中預處理后的雷達生命信號相減得到誤差，其中濾波信號為呼吸信號，誤差為心跳信號；

S33：由這個誤差更新濾波器系數進行下一次迭代。

5.根據權利要求4所述的一種基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法，其特征在于：所述延時單元d定時更新，即每隔一分鐘計算一次呼吸頻率并更新一次延時單元d。

6.一種應用權利要求5所述的基于FMCW毫米波雷達的生命信號檢測方法的系統，其特征在于：包括預處理模塊、信號提取模塊以及信號分離模塊；

所述預處理模塊用于對雷達中頻信號進行預處理，提取出生命信號，經過預處理模塊處理后的生命信號分別流向信號提取模塊以及信號分離模塊；

所述信號提取模塊通過分解、重構方法提取呼吸信號，計算呼吸頻率，并將計算得到的呼吸頻率用于更新信號分離模塊中的延時單元；

所述信號分離模塊包含有延時更新單元、濾波器系數更新單元，根據信號提取模塊中得到的呼吸頻率更新延時單元d，實現呼吸和心跳信號的實時分離。