[發明專利]精確的毫米波雷達呼吸心跳測量方法、系統和存儲介質

在審

• 申請號: 202110939806.7
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113786176A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 萬錦偉;陳杰;劉晨
• 申請（專利權）人: 中國電子科技南湖研究院
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;G01S13/88;A61B5/00
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發明提供了一種精確的毫米波雷達呼吸心跳測量方法、系統和存儲介質。首先根據回波信號幅度信息，得到目標初始位置信息A；接著提取位置A及其臨近單元的相位信號并評估位置A及其臨近單元的呼吸信號和心跳信號質量，最終根據呼吸信號和心跳信號質量確定呼吸心跳測量點。本發明綜合利用了雷達回波的幅度信息和相位信息，從而得到了更加精確的呼吸心跳測量位置，同時提高了呼吸心跳估計精度。

技術領域

本發明涉及呼吸心跳測量領域，具體涉及基于毫米波雷達的呼吸心跳測量。

背景技術

雷達發射電磁波到空間并接收回波，若空間中存在目標，目標表面會產生反射信號被雷達接收到。目標與雷達之間的距離體現在發射波形與接收波形之間的時延上。雷達按照發射信號的不同分為脈沖雷達和連續波雷達，本發明中討論的是連續波雷達，更具體來說是線性調頻連續波雷達(Chirp continuous wave radar)。在線性調頻連續波雷達中，發射信號為Chirp信號，這是一種頻率隨著時間成線性變化的信號。在用線性調頻連續波雷達測量目標距離時，目標與雷達的距離產生時延差，時延差導致發射信號與接收信號產生固定的頻率差，通過測量該頻率差進而推斷出目標與雷達之間的距離信息。

人體在正常呼吸時，胸腔會隨著呼吸過程產生相應的起伏，同樣的，心臟的跳動亦會帶來心臟外皮膚附近的振動。雷達在對人體進行探測時，人體胸腔的起伏和心臟的跳動會導致人體目標與雷達之間的距離發生微弱的變化。這種距離的微弱變化使得接收到的雷達信號產生相應的相位變化。通過測量該相位的變化，可估算出人體的呼吸狀態與心跳狀態。

在用雷達進行人體呼吸、心跳體征監測時，測量點的選取直接影響了呼吸、心跳信號的估計質量。通常的選取方式為人體目標位置回波信號幅度最大處，即：認為雷達回波信號幅度最大處為人體目標胸腔位置。然而，在實際中，由于雷達分辨率的限制及個體之間的差異等原因，雷達回波幅度最大處不一定是胸腔位置，也有可能是腹部或者其他位置，進而導致呼吸、心跳信號估計不準或失效。

現有技術CN112674738A公開了一種呼吸心跳信號的檢測方法及裝置。其中，該方法包括：獲取雷達發射的電磁波信號遇到障礙物反射回來的回波信號；從回波信號中提取出目標回波信號，其中，目標回波信號為電磁波信號遇到人體的胸腔反射回來的信號；從目標回波信號中提取出人體的呼吸信號和心跳信號；依據呼吸信號確定人體的呼吸頻率，并依據心跳信號確定人體的心跳頻率。現有技術CN112168152A公開了一種呼吸心跳的檢測方法、檢測裝置與計算機可讀存儲介質。該方法包括：獲取原始雷達回波；對原始雷達回波進行預處理，得到呼吸心跳信號；對呼吸心跳信號進行濾波處理，得到呼吸信號和心跳信號；在時域確定呼吸信號的有效波峰數目和心跳信號的有效周期數目；根據呼吸信號的有效波峰數目和第一時間長度，確定呼吸信號的有效頻率，第一時間長度為呼吸信號的時間長度；根據心跳信號的有效周期數目和第二時間長度，確定心跳信號的有效頻率，第二時間長度為心跳信號的時間長度。

上述兩項現有技術均采用直接從距離維信號中選擇能量最高處作為人體目標回波信號的方式確定目標位置。接著，從該人體目標回波處，提取相位信息并進行后續呼吸、心跳信號的估計。然而，直接選取距離維信號中能量最高處作為人體目標回波信號是不合理的。這是因為，由于雷達分辨率的限制及個體之間的差異等原因，雷達回波幅度最大處不一定就是人體的胸腔位置(也有可能是腹部或者其他)。簡言之，雷達回波幅度最大處的呼吸和心跳信號并不一定是最強的，導致呼吸、心跳信號估計不準或失效。此外，上述專利中，僅用距離維信息進行人體目標檢測是有缺陷的，若在同個距離(不同方位)同時存在多個人，會導致多個人的呼吸、心跳相互疊加，造成后續呼吸、心跳信號估計錯誤。

因此，現有技術的上述方案中，存在著雷達回波幅度最大處與胸腔位置不匹配導致的呼吸心跳估計不準或失效的問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種精確的毫米波雷達呼吸心跳測量方法、系統和存儲介質。

本發明提供了一種精確的毫米波雷達呼吸心跳測量方法，其特征在于，包括：