基于毫米波雷达的健康监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于毫米波雷达的健康监测装置及方法，包括信号采集模块采集待检测的人体信息，根据所述人体信息获取因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；信号处理模块采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，以确定人体的健康指标，将所述健康指标与预设值进行对比分析，确定提示信息；其中，所述健康指标包括：心肺谐振指标、心率变异性、呼吸变异性；指标提醒模块显示所述提示信息。本装置提供的健康监测完全无干扰、无接触、可穿透，特别适用床上、卫生间、车辆等环境下的健康监测。

【技术实现步骤摘要】
基于毫米波雷达的健康监测装置及方法
本专利技术属于健康监测设备
，具体涉及一种基于毫米波雷达的健康监测装置及方法。
技术介绍
人体生理参数的监测在家庭、医院、颐养院等普遍需要。目前采用的监测设备大都适用测量电极，直接与皮肤接触，测量心电、血压等生理参数，并直接显示在屏幕上。这里有两个需要考虑的问题。首先，电极和连线导致了被测者的不便，特别是慢性病患者和老年人的长期监测，对于新生儿或烧伤患者，在患者身上放置电极往往是不可行、或不受欢迎的。其次，测量的生理参数直接显示，并未做进一步的分析和解释，不能直接应用于预防、诊断、康复等的决策之中。相关技术中，有两种无需电极的非接触监测，一种是使用压力传感器检测呼吸和心跳所引起的微小的运动信号，进一步分析出呼吸和心率信号。但由于呼吸和心跳所引起的压力变化很小，压力传感器的灵敏度有限，到目前为止，这类检测方法检测心率的精度较低，达不到临床应用水平。第二种采用多普勒雷达或超宽带雷达，测量呼吸和心跳所引起的胸部起伏，并从起伏信号中分离出呼吸、心跳和运动。下面是两个典型的专利：中国专利申请号为201110375098.5，名称为“非接触式实时生理信号监测装置”，该系统包括：目标捕捉装置和跟踪控制单元，用于产生并发射探测信号、接收目标反射的带有人体生理信息的回波信号的生物雷达，数据采集和处理单元，从生物雷达的回波信号分析提取出探测目标的生理信息的数据采集和处理单元。该专利并未就其核心技术，如何分析提取探测目标的生理信息，能否达到临床应用精度要求做出说明。另外一件美国专利的专利名称为“Apparatus,system,andmethodformonitoringphysiologicalsigns”，专利号为8562526，讲述了使用脉冲雷达监测生理信号的系统。从雷达检测到的人体运动信号中，使用带通滤波得到心率信号，使用低通滤波得到呼吸信号，使用脉冲检测活动运动信号。此后，将这三种信号用于将睡眠分为醒、快速眼动睡眠期、和非快速眼动睡眠期三类。该专利讲述了雷达健康监测的基本流程，但是达不到临床应用水平。首先，呼吸和心跳所引起的人体胸部运动非常细微，特别是心跳所引起的胸部运动，在亚毫米水平。常规的脉冲雷达的分辨率达不到准确检测心跳的水平，其准确率不到70％，很难临床应用。其次，简单滤波器算法来分离心电和呼吸信号，效果也比较差。最后，常规睡眠分期应该有4类：醒、快速眼动睡眠期、浅睡、深睡，其中深睡期是人体恢复的关键，而不是该专利的3类。因此，现有技术中对生理信号的监测并不能精确的监测呼吸率、心率和体动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于毫米波雷达的健康监测装置及方法，以解决现有技术中对生理信号的监测并不能精确的监测呼吸率、心率和体动的问题。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于毫米波雷达的健康监测装置，包括：信号采集模块，用于采集待检测的人体信息，根据所述人体信息获取因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；信号处理模块，用于采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，以确定人体的健康指标，将所述健康指标与预设值进行对比分析，确定提示信息；其中，所述健康指标包括：心肺谐振指标、心率变异性、呼吸变异性；指标提醒模块，用于显示所述提示信息；其中，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，包括：其分离过程为：φl+1,…2m(t)＝∑h(n)φl,m(t-nk)(1)φl+1,…2m+1(t)＝∑g(n)φl,m(t-nk)(2)其中，式(1)和(2)表示信号分解过程，h(n)和g(n)分别表示分解过程中的低通滤波器和高通滤波器；l表示分解的层数，m表示在相应的层所对应的节点位置；式(3)表示信号分解的逆过程，用于将分解后的信号根据相应的频率范围进行重构。进一步的，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，还包括：对分离出的心跳信号进行处理；所述对分离出的心跳信号进行处理，包括：将得到的心跳信号HR(t)沿着时间轴移动一段间隔td得到平移后的心率信号HR(t+td)；利用自相关算法计算平移前后心率波形的自相关系数：通过调整平移时间间隔td得到多个自相关系数直到时间间隔覆盖整个时间轴。进一步的，还包括：预处理模块，用于根据用户的健康状态对提示信息进行处理；其中，所述健康状态包括：睡眠、感染、突发疾病、心里健康、死亡。进一步的，所述信号采集模块，包括：毫米波调频连续波雷达，多个发射天线以及多个接收天线，所述毫米波调频连续波雷达一端与所述发射天线连接，其另一端与所述接收天线连接；所述毫米波调频连续波雷达用于产生调制脉冲并采用调频方式调制为第一毫米波雷达信号；所述发射天线用于将所述第一毫米波雷达信号发射至人体；所述接收天线用于接收所述第一毫米波雷达信号被人体反射后投射到所述调频连续波毫米波雷的第二毫米波雷达信号。进一步的，所述信号采集模块还包括：功率放大器、前置放大器、解调器以及模数转换器；所述功率放大器一端与所述毫米波调频连续波雷达连接，其另一端与所述发射天线连接，用于放大第一毫米波雷达信号；所述前置放大器一端与所述接收天线连接，其另一端与所述解调器一端连接，所述解调器另一端分别与所述毫米波调频连续波雷达、模数转换器连接；所述前置放大器用于对第二毫米波雷达信号进行降噪放大；所述解调器用于对第一毫米波雷达信号、第二毫米波雷达信号进行解调，得到因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；所述模数转换器用于对解调后的因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号进行模数转换。进一步的，所述信号处理模块，包括：信号处理单元，用于根据模数转换后的因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号获取人体距离随时间变化的曲线；体征信号检测单元，用于采用小波转换法对所述曲线进行分解，分离出呼吸信号、心跳信号以及体动信号。进一步的，所述信号提醒单元，包括：显示屏，用于显示所述提示信息；扬声器，用于报警。本申请实施例提供一种基于毫米波雷达的健康监测方法，包括：采集待检测的人体信息，根据所述人体信息获取因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，以确定人体的健康指标，将所述健康指标与预设值进行对比分析，确定提示信息；其中，所述健康指标包括：心肺谐振指标、心率变异性、呼吸变异性；显示所述提示信息；其中，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，包括：其分离过程为：φl+1,…2m(t)＝∑h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，包括：/n信号采集模块，用于采集待检测的人体信息，根据所述人体信息获取因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；/n信号处理模块，用于采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，以确定人体的健康指标，将所述健康指标与预设值进行对比分析，确定提示信息；其中，所述健康指标包括：心肺谐振指标、心率变异性、呼吸变异性；/n指标提醒模块，用于显示所述提示信息；/n其中，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，包括：/n其分离过程为：/nφ

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集待检测的人体信息，根据所述人体信息获取因人体距离产生的调制脉冲相位变化信号；
信号处理模块，用于采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，以确定人体的健康指标，将所述健康指标与预设值进行对比分析，确定提示信息；其中，所述健康指标包括：心肺谐振指标、心率变异性、呼吸变异性；
指标提醒模块，用于显示所述提示信息；
其中，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，包括：
其分离过程为：
φl+1,…2m(t)＝∑h(n)φl,m(t-nk)(1)
φl+1,…2m+1(t)＝∑g(n)φl,m(t-nk)(2)



其中，式(1)和(2)表示信号分解过程，h(n)和g(n)分别表示分解过程中的低通滤波器和高通滤波器；l表示分解的层数，m表示在相应的层所对应的节点位置；式(3)表示信号分解的逆过程，用于将分解后的信号根据相应的频率范围进行重构。


2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，所述采用小波转换法根据所述调制脉冲相位变化信号分离并重构呼吸信号、心跳信号以及体动信号，还包括：对分离出的心跳信号进行处理；
所述对分离出的心跳信号进行处理，包括：
将得到的心跳信号HR(t)沿着时间轴移动一段间隔td得到平移后的心率信号HR(t+td)；
利用自相关算法计算平移前后心率波形的自相关系数：



通过调整平移时间间隔td得到多个自相关系数直到时间间隔覆盖整个时间轴。


3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，还包括：
预处理模块，用于根据用户的健康状态对提示信息进行处理；其中，所述健康状态包括：睡眠、感染、突发疾病、心里健康、死亡。


4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，所述信号采集模块，包括：
毫米波调频连续波雷达，多个发射天线以及多个接收天线，所述毫米波调频连续波雷达一端与所述发射天线连接，其另一端与所述接收天线连接；
所述毫米波调频连续波雷达用于产生调制脉冲并采用调频方式调制为第一毫米波雷达信号；
所述发射天线用于将所述第一毫米波雷达信号发射至人体；
所述接收天线用于接收所述第一毫米波雷达信号被人体反射后投射到所述调频连续波毫米波雷的第二毫米波雷达信号。


5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的健康监测装置，其特征在于，所述信号采集模块还包括：
功率放大器、前置放大器、解调器以及模数转换器；
所述功率放大器一端与所述毫米波调频连续波雷达连接，其另一端与所述发射天线连接，用于放大第一毫米波雷达信...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健康，刘璐瑶，
申请(专利权)人：南京茂森电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32