一种非接触式生命体征监护的信号处理算法制造技术

技术编号:11518753 阅读:112 留言:0更新日期:2015-05-28 16:04
本发明专利技术提供一种非接触式生命体征监护系统的信号处理算法,包括:对非接触式生命体征监护仪所得到的I路、Q路信号进行反正切变换求得正交解调信号,利用局部积分平均经验模式分解算法对心跳和呼吸信号分离,呼吸、心跳信号的Hilbert变换部分。本发明专利技术利用局部积分平均经验模式分解算法对心跳和呼吸信号分离,并对呼吸、心跳信号的Hilbert变换,解决了在心跳引起的胸腔的起伏不明显的情形下,根据频率的高低先后得到心跳和呼吸的频率以及波形,计算精度高,实际应用性强,方便医务人员准确、实时、连续掌握病人的呼吸和心跳状况。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式生命体征监护的信号处理算法
本专利技术属于雷达领域,特别设计一种非接触式生命体征监护系统的信号处理方法。
技术介绍
心跳及呼吸是人体重要的身体特征状况信息。目前所使用的非接触式生命体征信号处理方法是Fourier变换。运用该方法时,需要使用大量的数据,并且呼吸和心跳信号的频率比较接近,由心跳引起的胸腔的起伏不太明显,容易被呼吸信号的高次谐波所淹没,使用传统的FFT方法不容易检测出来。另外,FFT变换后所得到的频谱仅仅能够表示信号中所存在的频率,但是并不能说明信号的一个频率成分出现在信号的哪个时刻,也不能表示信号在哪个时刻发生变换。
技术实现思路
本专利技术依托非接触式生命体征监护系统进行实现。该系统采用现代雷达技术和生物医学技术相融合的方式,基于多普勒检测原理,运用无线测量的方式实时获取被测目标的体征信息,包括呼吸、心跳等;主要包括雷达信号发射部分、雷达信号模拟接收部分和数字信号处理部分,其中,雷达信号模拟接收部分分别与雷达信号发射部分和数字信号处理部分相连。发射部分用于通过发射天线向被测目标发出连续波信号并照射在目标的胸腔,连续波信号经过由呼吸和心跳等周期信号引起的胸腔运动对其进行调制后得到回波信号;回波信号经过模拟接收部分解调成为两路包含呼吸和心跳信息的正交数字信号,一路为I路信号,另一路为Q路信号;I路和Q路信号经过数字信号处理部分进行生命体征信号的提取及频率检测。实现本专利技术目的的技术解决方案为:步骤1,非接触式生命体征监护系统模拟端送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号,一路为I路信号,另一路为Q路信号,对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号;步骤2,采用局部积分平均经验模式分解算法对正交解调信号进行分离,依次将心跳信号和呼吸信号从正交解调信号中分离出来;步骤3,对步骤2中分离出的呼吸和心跳信号进行Hilbert变换,得到呼吸和心跳信号的瞬时频率。本专利技术采用以下技术手段实现专利技术目的:(1)步骤2中呼吸和心跳信号的分离步骤如下:步骤2.1,进行初始化,令r0(t)=x(t),h0(t)=rii-1(t),其中x(t)为正交解调信号;步骤2.2,令ii=1,jj=1;步骤2.3,找出hjj-1(t)的全部局部极值点(tk,xk),其中k是极值的索引值,k=0,1,2,…,tk是第k个极值点所对应的时间,xk是第k个极值点的幅值;步骤2.4,根据极值点(tk,xk),以两个极值点之间分为一段将信号分解,每一段都是单调递增或递减的,其中第k段为信号在时间t∈(tk,tk+1)上的信号,记为Ck;步骤2.5,利用积分平均的方法求出每一段Ck的局部均值点步骤2.6,对所计算出的局部均值点进行三次样条插值拟合,求得其均值包络曲线mjj-1(t);步骤2.7,从信号hjj-1(t)中减去均值包络mjj-1(t),得hjj(t)=hjj-1(t)-mjj-1(t);步骤2.8,判断hjj(t)是否满足停止条件SD,如果满足则hjj(t)为分离出的一个本征模函数,此时Cii(t)=hjj(t),转至步骤2.8;否则,jj=jj+1,转至步骤2.2,直至分离出一个本征模函数循环结束,转至步骤2.9;其中ε∈[0.2,0.3]步骤2.9,从rii-1(t)减去步骤2.7中所得到的本征模函数,得到rii(t),rii(t)=rii-1(t)-Cii(t);步骤2.10,判断rii(t)极值点的个数是否小于两个,若极值点个数少于两个则分解结束;若极值点个数大于等于两个,则ii=ii+1,转至步骤2.2。(2)步骤3的具体过程如下:步骤3.1,对步骤2.7中得到的本征模函数Cii(t)进行Hilbert变换,其中Hilbert变换为其中H表示Hilbert变换,p表示柯西主值;步骤3.2,由分离出的本征模函数生成解析函数zi(t),zii(t)=Cii(t)+iH[Cii(t)]=aii(t)eiφ(t)l表示函数的虚部,aii(t)=[C2ii(t)+H2(Cii(t))]1/2是幅值函数,是相位函数;步骤3.3,对相位函数求导即可得到瞬时频率本专利技术与现有技术相比,具有以下优点:本专利技术利用局部积分平均经验模式分解(LIM-EMD)算法对心跳和呼吸信号分离,并对呼吸、心跳信号的Hilbert变换,解决了在心跳引起的胸腔的起伏不明显的情形下,根据频率的高低先后得到心跳和呼吸的频率以及波形,计算精度高,实际应用性强,方便医务人员准确、实时、连续掌握病人的呼吸和心跳状况。下面结合说明书附图对本专利技术做进一步说明。附图说明图1为本专利技术的非接触式生命体征监护系统的信号处理流程框图;图2为本专利技术的实际I、Q两路信号和合成信号波形;图2(a)为I路信号波形图,图2(b)为Q路信号波形图,图2(c)为正交解调信号波形图;图3为传统的FFT方法处理后的频谱图;图4(a)为本专利技术的拟合呼吸波形、图4(b)心跳信号频谱图;图4(c)心跳信号瞬时频率;图5(a)为本专利技术的实时心跳波形、图5(b)实时心跳信号频谱图;图5(c)实时心跳信号瞬时频率。具体实施方式结合图1,一种非接触式生命体征监护的信号处理算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,非接触式生命体征监护系统模拟端送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号,一路为I路信号(同相支路),另一路为Q路信号(正交支路),对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号;步骤2,采用局部积分平均经验模式分解算法对正交解调信号进行分离,依次将心跳信号和呼吸信号从正交解调信号中分离出来;步骤3,对步骤2中分离出的呼吸和心跳信号进行Hilbert变换,得到呼吸和心跳信号的瞬时频率。心跳和呼吸信号分离部分是依据信号本身的时间尺度方面的特征来对原信号进行分解,把原始信号分解成有限个本征模函数,根据频率的高低先后得到心跳和呼吸的频率以及波形,步骤2中呼吸和心跳信号的分离步骤如下:步骤2.1,进行初始化,令r0(t)=x(t),h0(t)=rii-1(t),其中x(t)为正交解调信号;步骤2.2,令ii=1,jj=1;步骤2.3,找出hjj-1(t)的全部局部极值点(tk,xk),其中k是极值的索引值,k=0,1,2,…,tk是第k个极值点所对应的时间,xk是第k个极值点的幅值;步骤2.4,根据极值点(tk,xk),以两个极值点之间分为一段将信号分解,每一段都是单调递增或递减的,其中第k段为信号在时间t∈(tk,tk+1)上的信号,记为Ck;步骤2.5,利用积分平均的方法求出每一段Ck的局部均值点步骤2.6,对所计算出的局部均值点进行三次样条插值拟合,求得其均值包络曲线mjj-1(t);步骤2.7,从信号hjj-1(t)中减去均值包络mjj-1(t),得hjj(t)=hjj-1(t)-mjj-1(t);步骤2.8,判断hjj(t)是否满足停止条件SD,如果满足则hjj(t)为分离出的一个本征模函数,此时Cii(t)=hjj(t),转至步骤2.8;否则,jj=jj+1,转至步骤2.2,直至分离出一个本征模函数循环结束,转至步骤2.9;其中ε∈[0.2,0.3]步骤2.9,从rii-1(t)减去步骤2.7中所得到的本征模函数,得到rii(t),rii(t)=rii-1(t)-Cii(t);步骤2.10,判断rii(本文档来自技高网...
一种非接触式生命体征监护的信号处理算法

【技术保护点】
一种非接触式生命体征监护的信号处理算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,非接触式生命体征监护系统模拟端送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号,一路为I路信号,另一路为Q路信号,对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号;步骤2,采用局部积分平均经验模式分解算法对正交解调信号进行分离,依次将心跳信号和呼吸信号从正交解调信号中分离出来;步骤3,对步骤2中分离出的呼吸和心跳信号进行Hilbert变换,得到呼吸和心跳信号的瞬时频率。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式生命体征监护的信号处理算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,非接触式生命体征监护系统模拟端送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号,一路为I路信号,另一路为Q路信号,对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号;步骤2,采用局部积分平均经验模式分解算法对正交解调信号进行分离,依次将心跳信号和呼吸信号从正交解调信号中分离出来;步骤3,对步骤2中分离出的呼吸和心跳信号进行Hilbert变换,得到呼吸和心跳信号的瞬时频率。其中,步骤2中呼吸和心跳信号的分离步骤如下:步骤2.1,进行初始化,令r0(t)=x(t),h0(t)=rii-1(t),其中x(t)为正交解调信号;步骤2.2,令ii=1,jj=1;步骤2.3,找出hjj-1(t)的全部局部极值点(tk,xk),其中k是极值的索引值,k=0,1,2,…,tk是第k个极值点所对应的时间,xk是第k个极值点的幅值;步骤2.4,根据极值点(tk,xk),以两个极值点之间分为一段将信号分解,每一段都是单调递增或递减的,其中第k段为信号在时间t∈(tk,tk+1)上的信号,记为Ck;步骤2.5,利用积分平均的方法求出每一段Ck的局部均值点步骤2.6,对所计算出的局部均值...

【专利技术属性】
技术研发人员:洪弘张亚菊李彧晟顾陈李洪涛朱晓华
申请(专利权)人:南京理工大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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