基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于毫米波雷达的多目标呼吸心率监测方法与系统，通过毫米波雷达模块进行无接触的心率和呼吸率的检测，避免了繁琐的接触式监测程序，同时不会冒犯被检测者的隐私。相比于现有技术的非接触式检测技术，本发明专利技术提高了检测精度，大大增强了测量的可靠性。本发明专利技术通过生命体征监护平台，实时监控分析监测对象的呼吸心率数据，可预防监测对象突发意外疾病，或在发生突发情况是做到及时的警报；医护人员通过生命体征监护平台，可及时掌握监测对象的体征数据，及时对监测对象的身体状况做出评估并给出专业的意见与建议；监测对象家属可通过所述生命体征监护平台获取监测对象的健康报表，并根据专业的指导意见对监测对象进行护理。

【技术实现步骤摘要】
基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法与系统
医疗
，更具体地说，涉及一种基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，以及一种基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测系统。
技术介绍
生命体征包括体温、心率、呼吸率和血压等，是身体健康评估的重要指标。生命体征的检测常用于医疗、日常体征检测和灾后救援等场景。生命体征的监测有助于及时的发现生命活动的异常，进行疾病的预警和治疗。传统的生命体征检测设备，如温度计，血压仪，心率检测装置多为接触式设备，需要被检测者穿戴上才能进行检测，对于一些不方便穿戴或者需要避免接触的被检测者或者场景，接触式设备存在了很多的局限性。如重度烧伤患者，接触式设备一方面会增加患者的痛苦，另一方面容易引发二次感染；对于正常家用的体征监护，特别的老人的体征监护，佩戴接触式设备一方面操作复杂，另一方面可能会影响老人的正常行动和生活。为了解决接触式设备存在的不足，现有技术提供了非接触式设备，如非接触式的心率检测设备、非接触式的呼吸检测设备等。常用的非接触式设备基于厘米级的超宽带雷达进行实现，其工作原理为：雷达系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，基于毫米波雷达技术，包括多目标呼吸心率信号分离与心率和呼吸率提取；/n1)多目标呼吸心率信号分离，步骤如下：/n1.1)毫米波雷达采用时分复用方式在多个发射天线Tx上向目标空间发射调频连续脉冲信号，并通过多个固定间距的雷达接收器Rx接收目标空间反射的回波，得到多组回波信号；/n1.2)对每一对Tx-Rx的回波信号执行距离快速傅里叶变换，使占据不同角度范围的目标分离；/n1.3)沿着Rx维度对形成距离-方位角平面的每个距离仓进行快速傅里叶变换，使落在同一角度范围内但彼此之间角度不同的目标分离；/n1.4)对噪声阈值进行估计，如果目标...

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，基于毫米波雷达技术，包括多目标呼吸心率信号分离与心率和呼吸率提取；
1)多目标呼吸心率信号分离，步骤如下：
1.1)毫米波雷达采用时分复用方式在多个发射天线Tx上向目标空间发射调频连续脉冲信号，并通过多个固定间距的雷达接收器Rx接收目标空间反射的回波，得到多组回波信号；
1.2)对每一对Tx-Rx的回波信号执行距离快速傅里叶变换，使占据不同角度范围的目标分离；
1.3)沿着Rx维度对形成距离-方位角平面的每个距离仓进行快速傅里叶变换，使落在同一角度范围内但彼此之间角度不同的目标分离；
1.4)对噪声阈值进行估计，如果目标峰值点大于噪声阈值，判断目标存在为真；如果目标峰值点小于噪声阈值，则判断目标不存在，为噪声；
1.5)为每个确定的角位置k计算波束成形权重，计算得到不同监测对象的体征信号；
2)心率和呼吸率提取，步骤如下：
2.1)计算对体征信号的相位值，展开获得实际位移轮廓，然后计算连续展开相位之间的相位差，消除相位漂移并抑制呼吸谐波；
2.2)使用四阶IIR级联双四阶滤波器将经步骤2.1)处理后的体征信号带通到心跳区域和呼吸区域中，分离心率信号和呼吸信号；
2.3)对于呼吸信号对应的波形，根据呼吸区域的频谱内最大峰值的频率选择呼吸速率，对呼吸率进行估计；如果置信度低于默认阈值，则将基于峰间距离的估计值选为呼吸速率，其中，置信度为最大峰值的信号功率与呼吸区域频谱中的其余频率点的比率；
对于心率信号对应的波形，使用基于密度的方法估计心率，获取心率频谱中的所有峰值并保存前N个峰值；从前N个峰开始，去除与呼吸谐波相对应的峰；将剩余的峰放在循环缓冲区中；累积峰值T秒钟；使用dBscan聚类算法将累积的峰分成多个簇，确定具有最大峰数的聚类，并选择确定簇的中值作为心率有效值。


2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，步骤1.4)中，采用恒虚警率目标检测方案，对噪声阈值进行估计。


3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，步骤1.5)中，为每个确定的角位置k计算波束成形权重，并将其应用于ADC数据，再通过公式得到不同监测对象的体征信号；
其中，n表示第n个ADC采样数据，m表示第m帧线性调频信号，i表示第i个发射天线发出的信号，表示发射天线的数量，表示波束在位置k的权值。


4.根据权利要求1或2或3所述的基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，步骤1.4)与步骤1.5)之间，还包括滤除静态对象的反射的步骤，具体为：对距离-方位角平面检测到的目标，在慢时间轴上测量其特定距离-方位角仓的相位，并且保留随时间变化超过特定阈值的距离-方位角仓。


5.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，步骤2.1)中，对体征信号使用反正切运算计算相位值，展开获得实际位移轮廓，公式如下：



其中，Q为I/Q采样中的Q路数据，I为I/Q采样中的I路数据。


6.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达技术的多目标呼吸心率监测方法，其特征在于，步骤2.3)进一步包括如步骤：
根据采样率和允许的频率范围定义两个阈值，即最小峰值距离和最大峰值距离；选择心率信号、呼吸信号对应的波形中的第一个峰值作为有效峰值，然后选择下一个有效峰值，使得两个峰值都在阈值内；隔离出有效峰值后，根据所有的有效峰值之间的距离的平均值估算呼吸率和心率。


7.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国刚，温礼红，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35