[發明專利]一種室內多目標無源定位和生命體征監測方法和系統

在審

• 申請號: 202210379749.6
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114795172A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳志剛;李文;王磊;姬智;牛富雷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B5/0507
• 分類號: A61B5/0507;A61B5/0205;A61B5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開一種室內多目標無源定位和生命體征監測方法和系統，采集環境中有多目標存在時的天線、載波共若干時刻的信道響應，進行帶通濾波后得到目標直接反射徑的信道響應，根據人體目標在室內條件下的信道響應模型，設置時延、角度、增益、呼吸和心跳的幅度和頻率的初始值、變化區間及其掃描精度，采用SAGE算法估計多目標時延、角度、增益、呼吸和心跳的幅度和頻率，得到其最終估計值，將室內場景建模為二維平面，根據參數最終估計值計算得到多目標定位，能夠大大降低實驗的時間成本和設備成本，為無需耗時耗力訓練過程，且運算復雜度低，定位精度更高。

技術領域

本發明屬于室內定位和生命體征監測技術領域，具體涉及一種室內多目標無源定位和生命 體征監測方法和系統。

背景技術

隨著老齡化社會的到來，老年人居家健康監測成為亟需解決問題。家庭人體監測系統可 以持續監測用戶的位置和生命體征等信息，為醫療保健專業人員提供豐富的信息以了解用戶的 健康狀況。例如，位置信息能夠分辨是否在同一位置停留太久，而生命體征信息可用于檢測異 常呼吸和心跳，為醫學診斷提供有價值的信息。總而言之，家庭人體監測系統將幫助醫生發現 潛在的健康風險并為現有疾病提供更好的護理。

家用人體監測系統根據其采用的傳感器通?？煞譃槿N不同類型：1)基于視覺的系統；2) 基于可穿戴傳感器的系統；3)基于射頻(RF)的系統?；谝曈X的系統能夠定位人員并提取 其生命體征，但在實踐中受限于光照條件且存在隱私泄漏問題?；诳纱┐鱾鞲衅鞯南到y需要 人隨時配戴相關設備，因此不適合長期監控。由于射頻信號的非侵入性和隱私保護特性，基于 射頻的系統在個人醫療保健方面顯示出巨大的潛力。然而，由于各種實際挑戰，現有射頻系統 的性能在某些方面仍然相當有限。

與此同時，毫米波以其帶寬大、波長短、波束窄等優勢引起了人們的關注，并且將大規模 MIMO與毫米波結合可以克服毫米波的高衰減。因此，有研究在毫米波MIMO信道中進行了 廣泛的信道測量，并且應該利用包括仰角估計在內的高分辨率參數估計方法來揭示新信道的固 有現象。然而，使用上述技術的無線通信系統可能會表現出不同的傳播特性，這給信道測量和 建模帶來了新的挑戰。目前，從測量數據中提取信道參數的估計方法主要有三類，即頻譜估計、 基于參數子空間的估計和確定性參數估計。多信號分類(MUSIC)和通過旋轉不變性技術 (ESPRIT)算法估計信號參數是前兩類的代表，它們對于高度相關的多徑分量(MPC)估計的 表現遠不能令人滿意。第三類是期望最大化(EM)和SAGE算法。SAGE算法是EM算法 的擴展，將所有參數的最大化過程分成幾個子集，并已應用于幅度、延遲、方位角偏離角 (AOD)、仰角偏離角(EOD)的聯合估計、到達方位角(AOA)、到達仰角(EOA)和時域中的 多普勒頻移。對于基于矢量網絡分析儀(VNA)的通道測量，直接在頻域中處理測量數據更為 方便。FD-SAGE算法在中被提出來估計包括幅度、延遲和AOA在內的參數。然而，FD-SAGE 算法中仍然缺少兩端仰角的估計。3D-FD-SAGE算法雖然擴展到考慮仰角的3D情況，但也 只估計位置信息，對人體生命體征信息提取并沒有解決。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種室內多目標無源定 位和生命體征監測方法和系統，定位精度更高，生命體征監測更靈敏，且能夠實現多目標同時 監測，具有更強的實用性和可操作性。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：一種室內多目標無源定位和生命體征監測 方法，包括以下步驟：

采集環境中有多目標存在時的天線、載波若干個時刻的信道響應；

針對所述信道響應，在時域進行帶通濾波，得到目標直接反射徑的信道響應；

根據人體目標在室內條件下的信道響應模型，設置時延、角度、增益、呼吸的幅度和頻率 以及心跳的幅度和頻率的初始值；

設置時延、角度、增益、呼吸的幅度和頻率以及心跳的幅度和頻率的變化區間及掃描精度；