一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法，所述系统包括依此连接的射频收发模块、信号采集装置、信号处理装置及显示装置：射频收发模块用于向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；信号采集装置用于采集原始回波数据，并将原始回波数据传输至信号处理装置；信号处理装置用于对接收的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息；显示装置用于显示生命体的生命体征信息。本发明专利技术以微波雷达信号作为感应媒介，在实现了非接触式测量，提升生命体的舒适感的同时，可有效提取生命体的呼吸率、心率和体动，做到实时监测和预警的目的。

A Non-contact Vital Sign Measurement System and Method Based on Radar

The invention discloses a non-contact vital signs measurement system and method based on radar, which includes radio frequency transceiver module, signal acquisition device, signal processing device and display device connected therewith: radio frequency transceiver module is used to transmit radar signal to living body and receive radar echo signal reflected by living body to form original echo data; The collecting device is used to collect the original echo data and transmit the original echo data to the signal processing device; the signal processing device is used to process the received raw echo data to form vital signs information of the living body; and the display device is used to display vital signs information of the living body. The invention takes the microwave radar signal as the induction medium, realizes the non-contact measurement, improves the comfort of the living body, and effectively extracts the breathing rate, heart rate and body movement of the living body, so as to achieve the purpose of real-time monitoring and early warning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法
本专利技术涉及生物医学工程和雷达信号处理领域，特别是涉及一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法。
技术介绍
目前，传统的生命体征(呼吸/心率/体动)测量方法是通过压力传感器物理接触生命体，感知生命体腹部起伏和心脏跳动引起的压力变化来测定的。这种接触式实现的测量需要生命体佩戴特定的传感器，会让被测生命体感觉不适，也不适合长时间测量。通过雷达技术来实现生命体的参数测量，不需要被测生命体佩戴任何传感器，只需要静卧在雷达的监控范围内，就可以实现非接触无感式测量。故此，如何提供一种通过雷达技术无需接触即可采集生命体征的测量系统和方法成了本领域人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法，通过雷达发射高频微波信号射向生命体，并接收生命体反射的带有生命体征信息的回波后，经过一系列解调处理即可完成。一方面，本专利技术提供了一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统，包括依此连接的射频收发模块、信号采集装置、信号处理装置及显示装置：所述射频收发模块用于向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；所述信号采集装置用于采集原始回波数据，并将原始回波数据传输至信号处理模块；所述信号处理装置用于对接收的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命参数数据。所述显示装置用于显示生命体的生命体征信息。进一步地，所述信号处理装置包括傅里叶变化模块、恒虚警检测模块和卡尔曼滤波模块，所述信号采集装置输出的一部分原始回波数据依此通过傅里叶变化模块、恒虚警检测模块、卡尔曼滤波模块后，转换成生命体的呼吸率和心率。进一步地，所述信号处理装置还包括杂波对消模块和信号强度变化率检测模块，所述信号采集装置输出的另一部分原始回波数据依此通过杂波对消模块和信号强度变化率检测模块后，转换成生命体的体动。进一步地，所述射频收发模块设置有发射通道和接收通道，所述发射通道中含有高频信号源和功率放大器用于发射微波雷达信号，所述接收通道中含有低噪声放大器和滤波器用于输出有用的雷达回波信号。进一步地，所述测量系统还包括发射天线和接收天线，所述发射天线与所述发射通道连接，所述接收天线与所述接收通道相连。进一步地，所述生命体为一人体、一动物体或其他具有呼吸或心跳特征的生命体中的一个。进一步地，所述生命体的体动包括无人状态、暂态平静状态、稳态平静状态、小动作状态、大动作状态及正进入检测区域状态。进一步地，所述体动的不同状态通过数字0、1、2、3、4、5表征出来，其中，0表示无人状态，1表示暂态平静状态，2表示稳态平静状态、3表示小动作状态、4表示大动作状态、5表示正进入检测区域状态。进一步地，所述显示装置上还显示有ID信息及目标距离信息，所述ID信息用于区别不同待检测的生命体，所述目标距离为射频收发模块与生命体之间的距离。另一方面，本专利技术提供了一种基于雷达的非接触式生命体征测量方法，包括以下步骤：向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；采集原始回波数据；通过对采集的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息；将生命体的生命体征信息呈现出来。进一步地，通过对采集的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息具体包括以下步骤：将采集的一部分原始回波数据依此通过傅里叶变化处理、恒虚警检测处理、卡尔曼滤波处理后，转换成生命体的呼吸率和心率；将采集的另一部分原始回波数据依此通过杂波对消处理和信号强度变化率检测处理后，转换成生命体的体动。本专利技术提供的基于雷达的非接触式生命体征测量系统及方法，以微波雷达信号作为感应媒介，通过向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据，经处理模块对所述原始回波数据进行处理，一方面，实现了非接触式的测量，提升了生命体的舒适感；另一方面，可以有效提取生命体的呼吸率、心率和体动，做到实时监测和预警的目的。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的基于雷达的非接触式生命体征测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于雷达的非接触式生命体征测量方法一实施例的流程图；图3为本专利技术中一段含有呼吸和心率信息的回波信号；图4为本专利技术中一段时间内呼吸和心率的曲线图；图5为本专利技术中一段时间内检测的生命体的体动随时间变化的关系图；图6为本专利技术显示装置中显示的一数据状态图。其中：1-发射天线2-接收天线。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为更好地理解本专利技术，需要说明的是，本专利技术中体动指生命体的行为状态；呼吸率指平均每分钟呼吸次数；心率指平均每分钟心跳次数。暂态平静状态指检测到有生命体存在，但其处于向稳态平静状态转换时的过渡期。小动作状态指转身，抬手等轻微晃动动作。大动作状态指突然站立，伸懒腰，走动等大幅晃动动作。图1是根据本专利技术实施例提供的基于雷达的非接触式生命体征测量系统的结构示意图。如图1所示的一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统包括依此连接的射频收发模块、信号采集装置、信号处理装置及显示装置，射频收发模块用于向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；信号采集装置用于采集原始回波数据，并将原始回波数据传输至信号处理装置；信号处理装置用于对接收的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息；显示装置用于显示生命体的生命体征信息。通过上述设置，本专利技术以微波雷达信号作为感应媒介，通过雷达发射高频微波信号射向生命体，并接收生命体反射的带有生命体征信息的回波后，经过一系列解调处理即可完成，无需佩戴任何检测装置，在保证生命体体征信息测量精度的同时又不会让生命体感觉不适。优选地，上述显示装置可为电脑、手机或平板终端设备。需要说明的是，本专利技术中生命体征信息包括该生命体的呼吸率、心率及体动。图3即为本专利技术中一段含有呼吸和心率信息的回波信号。在进一步的技术方案中，上述信号处理装置具体包括傅里叶变化模块、恒虚警检测模块、卡尔曼滤波模块、杂波对消模块和信号强度变化率检测模块，傅里叶变化模块、恒虚警检测模块和卡尔曼滤波模块分别与杂波对消模块和信号强度变化率检测模块并行设置，信号采集装置输出的一部分原始回波数据依此通过傅里叶变化模块、恒虚警检测模块、卡尔曼滤波模块后，转换成生命体的呼吸率和心率；信号采集装置输出的另一部分原始回波数据依此通过杂波对消模块和信号强度变化率检测模块后，转换成生命体的体动。图4即为一段时间内呼吸率和心率的曲线图。同时，如图1所示，上述基于雷达的非接触式生命体征测量系统还包括分别于射频收发模块相连的发射天线1和接收天线2，具体地，射频收发模块上设置有发射通道和接收通道，所述发射天线1与发射通道连接，用于向生命体发射雷达信号；所述接收天线2与接收通道相连，用于接收经生命体反射后的雷达回波信号。优选地，前述发射通道中含有高频信号源和功率放大器用于发射微波雷达信号，接收通道中含有低噪声放大器和滤波器用于输出有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，包括依此连接的射频收发模块、信号采集装置、信号处理装置及显示装置：所述射频收发模块用于向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；所述信号采集装置用于采集原始回波数据，并将原始回波数据传输至信号处理装置；所述信号处理装置用于对接收的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息；所述显示装置用于显示生命体的生命体征信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，包括依此连接的射频收发模块、信号采集装置、信号处理装置及显示装置：所述射频收发模块用于向生命体发射雷达信号，并接收经生命体反射后的雷达回波信号，以形成原始回波数据；所述信号采集装置用于采集原始回波数据，并将原始回波数据传输至信号处理装置；所述信号处理装置用于对接收的原始回波数据进行处理，形成生命体的生命体征信息；所述显示装置用于显示生命体的生命体征信息。2.根据权利要求1所述的基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，所述信号处理装置包括傅里叶变化模块、恒虚警检测模块和卡尔曼滤波模块，所述信号采集装置输出的一部分原始回波数据依此通过傅里叶变化模块、恒虚警检测模块、卡尔曼滤波模块后，转换成生命体的呼吸率和心率。3.根据权利要求2所述的基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，所述信号处理装置还包括杂波对消模块和信号强度变化率检测模块，所述信号采集装置输出的另一部分原始回波数据依此通过杂波对消模块和信号强度变化率检测模块后，转换成生命体的体动。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，所述射频收发模块设置有发射通道和接收通道，所述发射通道中含有高频信号源和功率放大器用于发射微波雷达信号，所述接收通道中含有低噪声放大器和滤波器用于输出有用的雷达回波信号。5.根据权利要求4所述的基于雷达的非接触式生命体征测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括发射天线和接收天线，所述发射天线与所述发射通道连接，所述接收天线与所述接收通道相连。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅其祥，夏利锋，刘进，夏祖泉，张吉楠，吴茜，王绍丽，
申请(专利权)人：湖南省顺鸿智能科技有限公司，长沙军民先进技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43