一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统，该方法包括：接收心率检测实时的I/Q两路回波信号；分别抑制所述回波信号中的静态杂波和非静态杂波；对杂波抑制后的回波信号进行复信号解调；采用滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制；对回波信号中心跳信号信噪比进行增强；采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构；进行基于变时窗选择的信号频谱估计；抑制信号频谱中除心率的谐波干扰，得到最终的心率信号。

A method, device and system of heart rate detection for long distance people based on terahertz through wall radar

The invention discloses a remote human heart rate detection method, device and system based on terahertz through wall radar, the method includes: receiving real-time I / Q two-way echo signal of heart rate detection; suppressing static clutter and non-static clutter in the echo signal respectively; demodulating complex signal of the echo signal after clutter suppression; adopting filter to high frequency and high frequency in the echo signal The low-frequency noise interference is suppressed; the signal-to-noise ratio of the center hop signal of the echo signal is enhanced; the echo signal after the signal-to-noise ratio enhancement is decomposed and reconstructed by using wavelet transform; the signal spectrum is estimated based on the selection of time-varying window; the harmonic interference of the heart rate is suppressed in the signal spectrum to obtain the final heart rate signal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统
本专利技术属于心率检测的
，尤其涉及一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统。
技术介绍
无论是在医学中还在自然灾害救援中，精确估计人员的呼吸频率、心率均有广泛的应用前景。如在医学中可以用来诊断或预防呼吸类和心血管类疾病，在自然灾害中可以为救援人员提供可靠的依据，降低人员的生命财产的损失。在呼吸频率与心率检测过程中，由于心跳幅度处于毫米级，相比于呼吸幅度更小，通常情况下在远距离且穿透障碍物(如废墟等)的情况下很难准确估计。目前，常用的心率检测手段包括接触式与非接触式两种。其中，接触式方法主要是指利用传统的心电图、光电容积描记波信号等手段通过在人员身体上粘贴电极片、佩戴传感器等设备实现心率的检测。然而，这会给患者造成一定的困扰及心理负担，极易产生排斥情绪。鉴于上述手段的局限性，随着雷达在医疗、工程等方面的广泛应用，非接触检测手段引发广泛关注。利用雷达实现心率的提取是一种被广泛应用的非接触信号检测方式，具有全天候、高精度等优势。然而，专利技术人在研究过程中发现，目前非接触式心率提取手段多是基于微波与低频毫米波波段，鉴于心跳幅度通常小于4mm，在利用连续波雷达检测时，由心跳导致的微多普勒效应在微波与低频毫米波频段不敏感，很难实现精准检测。尤其是在远距离穿墙情况下，微波与低频毫米波雷达更难实现心率的提取。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统，利用太赫兹雷达估计心率，实现远距离穿墙情况下心率的精确检测。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种用于远距离人员心率检测的太赫兹穿墙雷达。一种用于远距离人员心率检测的太赫兹穿墙雷达，包括：射频输出端和射频接收端，将倍频、射频上变频、再耦合后的太赫兹波作为本振信号，同时通过第一极化器自所述射频输出端输出，所述射频接收端通过第二极化器后实时接收I/Q两路回波信号。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法。一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，该方法包括：接收心率检测实时的I/Q两路回波信号；分别抑制所述回波信号中的静态杂波和非静态杂波；对杂波抑制后的回波信号进行复信号解调；采用滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制；对回波信号中心跳信号信噪比进行增强；采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构；进行基于变时窗选择的信号频谱估计；抑制信号频谱中除心率的谐波干扰，得到最终的心率信号。进一步地，该方法中，所述静态杂波根据背景滤波算法进行估计，并采用实时接收的I/Q两路回波信号分别减去估计的两路静态杂波进行静态杂波的抑制。进一步地，该方法中，对杂波抑制后的回波信号根据雷达与生命体之间的距离、心跳幅度、心率、波长和相位噪声进行复信号解调，并对复信号调节后的信号进行对数处理。进一步地，该方法中，采用5阶巴特沃斯滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制。进一步地，该方法中，采用滑动滤波器对回波信号中心跳信号信噪比进行增强。进一步地，该方法中，采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构中采用的小波函数为Morlet小波。进一步地，该方法中，所述进行基于变时窗选择的信号频谱估计的具体步骤包括：对于具有固定时长的信号，频率分辨率为：i＝1,2,…,q，其中，fs为频率，wi表示第i个窗口的长度，q表示窗口数目；对每一个时窗内的信号进行傅里叶变换，同时对频谱进行加窗处理，窗口宽度为0.8-2.4Hz；对于得到的q组频谱进行累计运算。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种计算机可读存储介质。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种终端设备。一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测装置。一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测装置，基于所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，包括：信号接收模块，被配置为接收心率检测实时的I/Q两路回波信号；杂波抑制模块，被配置为分别抑制所述回波信号中的静态杂波和非静态杂波；复信号解调模块，被配置为对杂波抑制后的回波信号进行复信号解调；噪声干扰抑制模块，被配置为采用滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制；信噪比增强模块，被配置为对回波信号中心跳信号信噪比进行增强；分解重构模块，被配置为采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构；频谱估计模块，被配置为进行基于变时窗选择的信号频谱估计；谐波干扰抑制模块，被配置为抑制信号频谱中除心率的谐波干扰，得到最终的心率信号。根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测系统。一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测系统，包括依次连接的所述太赫兹穿墙雷达、多路采集设备和所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测装置。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本专利技术公开的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法、装置及系统，分别利用背景滤波算法与LTS算法抑制回波信号中的杂波干扰；对I/Q两路信号进行复信号解调，及进行对数处理；利用带通滤波器抑制高、低频噪声；利用滑动滤波器改善信号信噪比；利用小波变换对心跳信号进行重构；设计变时窗策略，循环利用有限的时域信号；对不同长度的时域信号频谱进行累积；通过频域加窗估计心率，有效实现远距离穿墙情况下心率的精确检测。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书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。图1为本专利技术一个或多个实施例的一种超大规模数据库缺失数据填充方法及装置总体流程图；图2为本专利技术一个或多个实施例的射频输出端示意图；图3为本专利技术一个或多个实施例的射频接收端示意图；图4为本专利技术一个或多个实施例的雷达采集的I/Q信号示意图；图5为本专利技术一个或多个实施例的滤除杂波干扰后的I/Q信号示意图；图6为本专利技术一个或多个实施例的回波信号处理后的信号示意图；图7为本专利技术一个或多个实施例的经过滤波后的回波信号示意图；图8为本专利技术一个或多个实施例的滑动滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于远距离人员心率检测的太赫兹穿墙雷达，其特征在于，包括：射频输出端和射频接收端，将倍频、射频上变频、再耦合后的太赫兹波作为本振信号，同时通过第一极化器自所述射频输出端输出，所述射频接收端通过第二极化器后实时接收I/Q两路回波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于远距离人员心率检测的太赫兹穿墙雷达，其特征在于，包括：射频输出端和射频接收端，将倍频、射频上变频、再耦合后的太赫兹波作为本振信号，同时通过第一极化器自所述射频输出端输出，所述射频接收端通过第二极化器后实时接收I/Q两路回波信号。


2.一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，其特征在于，该方法包括：
接收心率检测实时的I/Q两路回波信号；
分别抑制所述回波信号中的静态杂波和非静态杂波；
对杂波抑制后的回波信号进行复信号解调；
采用滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制；
对回波信号中心跳信号信噪比进行增强；
采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构；
进行基于变时窗选择的信号频谱估计；
抑制信号频谱中除心率的谐波干扰，得到最终的心率信号。


3.如权利要求2所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，其特征在于，所述静态杂波根据背景滤波算法进行估计，并采用实时接收的I/Q两路回波信号分别减去估计的两路静态杂波进行静态杂波的抑制。


4.如权利要求2所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，其特征在于，对杂波抑制后的回波信号根据雷达与生命体之间的距离、心跳幅度、心率、波长和相位噪声进行复信号解调，并对复信号调节后的信号进行对数处理。


5.如权利要求2所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，其特征在于，该方法中，采用5阶巴特沃斯滤波器对回波信号中的高频和低频噪声干扰进行抑制；
采用滑动滤波器对回波信号中心跳信号信噪比进行增强。
采用小波变换对信噪比增强后的回波信号进行分解和重构中采用的小波函数为Morlet小波。


6.如权利要求2所述的一种基于太赫兹穿墙雷达的远距离人员心率检测方法，其特征在于，该方法中，所述进行基于变时窗选择的信号频谱估计的具体步...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓林，邓建钦，张超群，刘朝阳，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37