[發明專利]基于正交解調脈沖超寬帶雷達探測人體呼吸率心率的方法

有效

• 申請號: 202010530567.5
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111685741B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 劉倍典;朱祥維;陳哲正;陶文宇
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

本發明公開了基于正交解調脈沖超寬帶雷達探測人體呼吸率心率的方法，包括：脈沖超寬帶雷達初始化；將脈沖信號發射出去，接收回波信號；通過模數轉換得到回波原始數字采樣后的信號，并轉換為正交解調的雷達回波I/Q信號；獲得得到相位差；進行加權平均，得到待測對象胸腔與雷達天線距離變化的數據；獲得一個序列數據；進行離散傅里葉變換得到距離變換的頻域信號；取得信號在心跳頻率范圍和呼吸頻率范圍內的峰值對應的頻率，作為對應的待測對象的心跳和呼吸頻率。該方法基于正交解調的脈沖超寬帶雷達測量人體胸腔由呼吸和心跳產生的規律性移動來得到人體的呼吸率和心率。相比與傳統的濾波器，該方法降低了計算復雜度，提高了心率檢測的顯著程度。

技術領域

本發明屬于非接觸式生理指標測量領域，特別涉及一種基于差分的正交解調脈沖超寬帶雷達探測人體呼吸率心率的方法。

背景技術

非接觸式測量可以規避接觸方測量帶來的諸多不便。專利公開號為：CN108577815A使用巴特沃斯帶通濾波器，復雜度比較高。對于非差分的測量方法，由于呼吸率和心率之間存在的關系，導致呼吸信號的諧波會對心率的測量存在很大的影響。

因此，現有技術中，使用超寬帶雷達的人體呼吸速率和心率的測定方法，計算過程復雜度較高，還存在準確性有待提升的空間。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供一種至少解決上述部分技術問題的基于正交解調脈沖超寬帶雷達探測人體呼吸率心率的方法，本發明基于正交解調的脈沖超寬帶(IR-UWB)雷達測量人體胸腔由呼吸和心跳產生的規律性移動來得到人體的呼吸率和心率，實現在低計算復雜度的情況下測量值準確性較高。

本發明實施例提供基于正交解調脈沖超寬帶雷達探測人體呼吸率心率的方法，包括以下步驟：

S10、脈沖超寬帶雷達初始化，設置脈沖重復頻率為10Hz；

S20、通過天線將脈沖信號發射出去，接收反射回到雷達天線的回波信號；

S30、通過模數轉換得到接收后的回波原始數字采樣后的信號，并轉換為正交解調的雷達回波I/Q信號；

S40、對當前得到的I/Q信號與上一次I/Q信號的共軛相乘，得到相位差；

S50、將所述相位差進行加權平均，得到待測對象胸腔與雷達天線距離變化的數據；

S60、根據待測對象胸腔與雷達天線距離變化的數據，獲得一個序列數據；對所述序列數據進行離散傅里葉變換得到距離變換的頻域信號；

S70、根據所述頻域信號，獲得信號在心跳頻率范圍和呼吸頻率范圍內的峰值對應的頻率，作為對應的待測對象的心跳和呼吸頻率。

在一個實施例中，所述步驟S30，包括：

S31、在兩次脈沖發射的時間之間取預定時間段進行采樣并量化；所述預定時間段的選取與人體位置相關；

S32、通過直接數字混頻法或FFT變換法，得到正交解調的雷達回波I/Q信號；不同脈沖發射周期之間的信號構成信號矩陣，記為y[n,x_i],n為不同的脈沖周期；x_i為回波信號的位置，表示對應的距離門。

在一個實施例中，所述步驟S40，包括：

對當前這一次脈沖發射得到的I/Q信號與上一次脈沖發射得到的相同距離門對應的I/Q信號的共軛值相乘，得到相位差，

在一個實施例中，所述步驟S50中待測對象胸腔與雷達天線距離變化的數據為：

(1)式中，Δd表示胸腔與雷達天線距離；λ表示雷達發射的信號的半波長，表示相位差的加權平均；

將所述相位差進行加權平均的計算公式為：