一种基于声波测距的非接触式呼吸检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，包括：使用声波收发器发送线性调频波并接收回波；对所述回波做带通滤波；采样率差异补偿，采集线性调频波和回波做回归分析，拟合出误差模型，并根据所述误差模型进行补偿；计算所述线性调频波和回波的互相关函数；确定参考点并将相对延迟转化为绝对延迟；根据测距公式估算距离；计算所述测距结果的自相关函数；选择自相关函数第一峰值最大的测距结果作为最终的呼吸波形；对呼吸波进行低通滤波，在给定时间窗口计算呼吸率，并可视化所述呼吸波。本发明专利技术测量精度高，不容易受周围移动物体和室内气流的影响；测距分辨率高，对于呼吸时胸腹起伏较弱的人群也能够精确测量。

A non-contact breathing detection method based on acoustic ranging

The invention provides a non-contact breathing detection method based on acoustic distance measurement, including using a sound wave transceiver to send a linear frequency modulation wave and receiving echoes; the echoes are band-pass filtering, sampling rate difference compensation, sampling linear frequency modulation wave and echo regression analysis, fitting out error model, and according to the error. The model is compensated; the cross correlation function of the LFM wave and echo is calculated; the reference point is determined and the relative delay is converted into an absolute delay; the distance is estimated according to the range formula; the autocorrelation function of the ranging results is calculated; the range of the maximum peak value of the first peak of the autocorrelation function is selected as the final respiratory waveform; The respiratory wave is filtered through low pass, breathing rate is calculated at a given time window, and the respiratory wave is visualized. The invention has high measurement accuracy and is not easily affected by the surrounding moving objects and indoor air flow; the range resolution is high and can be measured accurately for people with weak chest and abdomen fluctuation when breathing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声波测距的非接触式呼吸检测方法
本专利技术涉及呼吸检测方法，尤其涉及一种利用声波信号非接触式检测人体呼吸的方法。
技术介绍
呼吸是人体重要生命体征，直接反应人体健康状态。呼吸检测对于许多疾病的早期诊断、治疗非常关键。按照检测方式，呼吸检测方法大致分为两类：接触式和非接触式。可穿戴式方法又包含医用可穿戴和便携式家用智能可穿戴。医用可穿戴式方法包括胸阻抗扫描器、二氧化碳扫描器等穿戴设备，但是面临价格高昂、有侵扰性、且必须随时贴身携带等困难，难以用于长期呼吸检测；便携式家用智能可穿戴设备包括智能腕带、智能腕表、智能胸带等设备，但也面临检测准确度低、舒适度差和用户很难坚持长期使用的困难。目前非接触式呼吸检测技术，特别是声波呼吸检测技术逐渐受到人们的关注，相比于接触式检测，它无需人体携带或贴靠任何设备，且声波信号已经广泛存在，具有非侵扰性、方便、低成本的优点，尤其适合长期的呼吸检测。在非接触式呼吸检测技术方面，文献[1][2]记载了基于声波信号检测呼吸的可行性研究，并设计检测方法和实现了相应的检测系统。但是，文献[1]所述方法存在容易受周围移动物体(如周围有人走过)和室内气流的影响；文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，其特征在于，包括：使用声波收发器发送线性调频波并接收回波；对所述回波做带通滤波，滤除扫频范围以外的噪音；采样率差异补偿，采用离线的方式采集线性调频波和回波做回归分析，拟合出误差模型，并根据所述误差模型进行补偿；计算所述线性调频波和回波的互相关函数；确定参考点并将相对延迟转化为绝对延迟；根据测距公式估算距离，构建定长缓存队列，以缓存测距结果；计算所述测距结果的自相关函数；选择自相关函数第一峰值最大的测距结果作为最终的呼吸波形；对呼吸波进行低通滤波，在给定时间窗口计算呼吸率，并可视化所述呼吸波。

【技术特征摘要】
1.一种基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，其特征在于，包括：使用声波收发器发送线性调频波并接收回波；对所述回波做带通滤波，滤除扫频范围以外的噪音；采样率差异补偿，采用离线的方式采集线性调频波和回波做回归分析，拟合出误差模型，并根据所述误差模型进行补偿；计算所述线性调频波和回波的互相关函数；确定参考点并将相对延迟转化为绝对延迟；根据测距公式估算距离，构建定长缓存队列，以缓存测距结果；计算所述测距结果的自相关函数；选择自相关函数第一峰值最大的测距结果作为最终的呼吸波形；对呼吸波进行低通滤波，在给定时间窗口计算呼吸率，并可视化所述呼吸波。2.根据权利要求1所述的基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，其特征在于：所述线性调频波的波形vtx(t)描述如下式1其中：载频Fc在人听觉范围以外，即Fc>18KHz；调频带宽B≤FUperBound-Fc,其中FUperBound为所述声波发生器的频响上限；调频周期T满足其中Range为所述声波发生器的最大测距距离，C为声速。3.根据权利要求1所述的基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，其特征在于：所述声波收发器包括绑定在一起并且朝向相同的扬声器和麦克风。4.根据权利要求1所述的基于声波测距的非接触式呼吸检测方法，其特征在于：根据下式2计算所述线性调频波的波形vtx和回波vrx的互相关函数并识别互相关函数M个峰值：N为一个调频周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大庆，王天本，
申请(专利权)人：北京大学天津滨海新一代信息技术研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12