多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及生命医学领域，公开了一种多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法，用以测量多个目标的人体心率和呼吸。本发明专利技术包括超宽带雷达、波形提取模块以及波形分析模块；利用雷达发射机向目标人体所处的自由空间发射无线电波，雷达接收机接收目标人体反射回来的回波信号；之后波形提取模块先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，再进行局部极大值搜索，提取极大值附近数据得到各个目标人体的回波序列；最后波形分析模块从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。本发明专利技术适用于多目标人体心率和呼吸频率测量。

A system and method for measuring heart rate and respiratory rate of human body

The invention relates to the field of life medicine, and discloses a multi-target human heart rate and respiratory frequency measurement system and method for measuring human heart rate and respiration of multiple targets. The invention includes an ultra wideband radar, a waveform extraction module and a waveform analysis module; a radar transmitter is used to transmit a radio wave to the free space where the target human body is, and a radar receiver receives the echo signal reflected by the target human body; after that, the waveform extraction module first performs a Fourier transform on the distance dimension information of the echo signal, and then performs a local maximum search to extract the maximum Finally, the waveform analysis module obtains the respiratory characteristic signal and the heart rate characteristic signal from the echo sequence, respectively carries on the noise reduction and the fast Fourier transform to the two characteristic signals, restores the respiratory and the heart rate movement information, completes the heart rate and the breath measurement. The invention is applicable to the measurement of multi-target human heart rate and respiratory frequency.

【技术实现步骤摘要】
多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法
本专利技术涉及生命医学领域，特别涉及多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法。
技术介绍
心率和呼吸是医生诊断和治疗心率不齐、心率变异、心肺异常等疾病和其他相关疾病的重要生理指标。常见的心率测量方法采用接触式的手段，如压力传感器，脉搏波传感器，心电图等。接触式的测量方式对于大面积烧伤、烫伤患者容易产生二次伤害。随着科技的进步，基于超宽带雷达的非接触式的测量方法能够对这些方面的应用进行补足，具有广阔的前景。而在现有超宽带技术雷达在呼吸和心率的应用中，主要是针对单个静止人体目标进行测量。人在静止时，胸部表面会随着呼吸和心跳产生周期性的震动，超宽带雷达能够获得这些震动信号。从这些信号中，通过一定的处理方法，可以捕捉提取人体呼吸和心跳的信息，用于日常生理特征检测和健康检测。而目前室内应用环境往往不止单个个体，针对现有技术只针对单个人体目标的局限，有必要提供一种能够识别多个目标的人体心率和呼吸的方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法，用以测量多个目标的人体心率和呼吸。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：多目标人体心率和呼吸频率测量系统，包括超宽带雷达、波形提取模块以及波形分析模块；其中，所述超宽带雷达包括雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机用于向目标人体所处的自由空间发射无线电波，雷达接收机用于接收目标人体反射回来的回波信号；所述波形提取模块首先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，之后通过提取极大值附近数据，得到各个目标人体的回波序列；所述波形分析模块通过滤波筛选的方式从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，再分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。进一步的，所述信号提取模块提取到回波序列之后，还可对回波序列的相位信息进行处理，使其相位值应该结介于[-π，π]之间，不符合该值的相位信息用加减2π归一化到此区间。此操作可以帮助增强心率呼吸信号和消除相位漂移。进一步的，所述波形分析模块可利用带通滤波器得到呼吸特征信号和心率特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.1-0.6Hz时得到呼吸特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.8-4Hz时得到心率特征信号。进一步的，所述带通滤波器可为巴特沃斯带通滤波器。多目标人体心率和呼吸频率测量方法，包括如下步骤：步骤1：向目标人体所处的自由空间发射无线电波，并接收目标人体反射回来的回波信号；步骤2：首先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，之后通过提取极大值附近数据，得到各个目标人体的回波序列；步骤3：通过滤波筛选的方式从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，再分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。进一步的，步骤2提取模块提取到回波序列之后，还可包括：对回波序列的相位信息进行处理，使其相位值应该结介于[-π，π]之间。进一步的，步骤3可利用带通滤波器得到呼吸特征信号和心率特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.1-0.6Hz时得到呼吸特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.8-4Hz时得到心率特征信号。本专利技术的有益效果是：1.通过超宽带雷达的发射和接收来实现相应功能，避免了接触式必须与人体接触的局限性。2.本专利技术可以测量同一空间中不同距离的多个被测目标，成本控制优势较大。3.雷达信号功率低，对人体无害。4.通过滤波、动态噪声消除、剔除脉冲干扰等方法，本算法可靠性高,计算复杂度低，有较强的实用性。附图说明图1是实施例实现多目标人体心率和呼吸频率测量的流程图。图2是实施例提取的某个回波序列图。图3是由图2分离出来的呼吸频率图。图4是由图2分离出来的心率图。具体实施方式为了实现多个目标的人体心率和呼吸测量，本专利技术通过雷达信号进行时频分析，估计被测目标人体的距离，构建出被测目标的距离参数数据集。在不同距离出识别出附近的极大值，极大值附近的数据集即为包含了所需测量的各个被测人体目标的心率和呼吸信息。针对提取出的数据集再进行数据处理，可以还原出各个目标的心率和呼吸信号。其中，针对提取出的数据集进行再处理的方法包括距离维傅里叶变换、提取相位差、剔除脉冲干扰、巴特沃斯带通滤波、动态噪声消除等从而得到心率和呼吸的测定结果。下面通过附图和实施例对本专利技术做具体说明。实施提供了一种多目标人体心率和呼吸频率测量系统，包括超宽带雷达、波形提取模块以及波形分析模块；其中，超宽带雷达包括雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机用于向目标人体所处的自由空间发射无线电波，雷达接收机用于接收目标人体反射回来的回波信号。所述波形提取模块首先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换(FFT)，然后进行极大值搜索，之后通过提取极大值附近数据，得到各个目标人体的回波序列。进一步的，所述信号提取模块提取到回波序列之后，还可对回波序列的相位信息进行处理，使其相位值应该结介于[-π，π]之间，不符合该值的相位信息用加减2π归一化到此区间。此操作可以帮助增强心率呼吸信号和消除相位漂移。所述波形分析模块通过滤波筛选的方式从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，再分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。具体的来说，所述波形分析模块一般利用带通滤波器得到呼吸特征信号和心率特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.1-0.6Hz时得到呼吸特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.8-4Hz时得到心率特征信号。所述带通滤波器一般为巴特沃斯带通滤波器。基于以上系统，实施例还提供了一种多目标人体心率和呼吸频率测量的方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：雷达主机初始化以后，雷达发射机向目标人体所处的自由空间发射无线电波，由雷达接收机接收目标人体反射回来的回波信号回波后送入波形提取模块，等待数据处理。步骤2：波形提取模块分别提取各个待测人体目标的回波序列。流程中包括距离维傅里叶变换后，对信号进行极大值搜索，各个极大值点附近的数据即对应每一个待测人体目标反射回来的数据，再对极大值附近数据进行提取，得到各个目标人体的回波序列。其中，对极大值附近数据进行提取时，一般是以极大值为中心，提取30-50cm范围内的数据，30-50cm正好接近于人体的身体厚度，实施例提取出的某个回波序列如图2所示，图中横坐标代表时间，纵坐标代表归一化后的人体胸腔起伏波形。步骤3：回波序列提取后，首先对得到的信号的相位信息进行处理，相位值应该结介于[-π，π]之间，不符合该值的相位信息用加减2π归一化到此区间。此操作可以帮助增强心率呼吸信号和消除相位漂移。步骤4：对步骤3得到的回波序列利用巴特沃斯带通滤波器滤波，带通滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多目标人体心率和呼吸频率测量系统，其特征在于，包括超宽带雷达、波形提取模块以及波形分析模块；/n所述超宽带雷达包括雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机用于向目标人体所处的自由空间发射无线电波，雷达接收机用于接收目标人体反射回来的回波信号；/n所述波形提取模块首先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，之后通过提取极大值附近数据，得到各个目标人体的回波序列；/n所述波形分析模块通过滤波筛选的方式从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，再分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。/n

【技术特征摘要】
1.多目标人体心率和呼吸频率测量系统，其特征在于，包括超宽带雷达、波形提取模块以及波形分析模块；
所述超宽带雷达包括雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机用于向目标人体所处的自由空间发射无线电波，雷达接收机用于接收目标人体反射回来的回波信号；
所述波形提取模块首先对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，之后通过提取极大值附近数据，得到各个目标人体的回波序列；
所述波形分析模块通过滤波筛选的方式从回波序列中得到呼吸特征信号和心率特征信号，再分别对两种特征信号进行降噪和快速傅里叶变换，还原出呼吸和心跳运动信息，完成心率和呼吸的测量。


2.如权利要求1所述多目标人体心率和呼吸频率测量系统，其特征在于，所述信号提取模块提取到回波序列之后，还将对回波序列的相位信息进行处理，使其相位值应该结介于[-π，π]之间。


3.如权利要求1所述多目标人体心率和呼吸频率测量系统，其特征在于，所述波形分析模块利用带通滤器得到呼吸特征信号和心率特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.1-0.6Hz时得到呼吸特征信号，当带通滤波器的滤波参数设置为0.8-4Hz时得到心率特征信号。

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【专利技术属性】
技术研发人员：崔雄文，万潇，刘传银，周杨，
申请(专利权)人：四川长虹电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51