一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法。本发明专利技术对毫米波雷达采集的多组距离单元的雷达行向量数据进行归一化和累计能量计算，得到累计能量最大的雷达行向量数据；利用反正切法提取累计能量最大的行向量数据的相位信息；根据相位信息行向量进行解缠绕，一阶差分处理和距离转换得到振动信号行向量；对振动信号行向量进行MAD平滑和小波降噪，通过带通滤波器后得心跳信号行向量；对心跳信号行向量使用分帧加窗预处理后计算平均周期图功率谱，并以功率谱的重心频率作为人体心率的测量结果。其优点是：较现有技术提高了测量精度并具有强抗干扰能力，避免了由于高频噪声和现有技术的峰值检测法导致的测量结果波动大，可信度低的问题。可信度低的问题。可信度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法


[0001]本专利技术属于毫米波雷达数据处理
，具体涉及一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法。

技术介绍

[0002]心率测量是人体生命体征检测的一个重要指标，目前在医疗领域，主要的测量人体心率的方法还是接触式测量，但是由于接触式测量必须要让设备与人体接触才能进行测量，准备工作繁琐且操作步骤复杂，在救援、探测等场合并不适用。近年来出现了许多非接触式心率测量技术，主要基于视频成像技术、雷达技术以及热成像技术等。其中，雷达技术由于具有可以穿透衣物以及障碍物的性质，在很多场合的心率测量中得到了广泛的应用。
[0003]目前应用于心率测量领域的雷达技术主要是毫米波生物雷达。心跳会引起人体胸腔的振动，通过雷达技术测量人体胸腔的振动信息，便可从中提取出心跳信息。目前已经设计出可以满足测量胸腔微小振动的高精度毫米波雷达，并且雷达结构也逐渐简化，便携性也得到了大大提高。
[0004]近年来，在毫米波生物雷达的应用领域已经实现了从发射波与反射波的合成波中提取出生命体征信号并分离出心跳信号，并通过短时傅里叶变换，峰值检测法等方法对心率进行估计，能够实现一般情况下对人体心率进行非接触式测量。而在实际应用中，由于环境噪声的影响，导致心率测量结果误差很大并且数据数据波动严重，测量结果可信度较低。

技术实现思路
：
[0005]为了解决毫米波雷达测量心率时由于中高频噪声带来较大测量误差以及测量数据波动很大的问题，基于小波降噪技术与功率谱重心频率估计方法，本专利技术提出了一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法。
[0006]本专利技术的技术方案为一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1，通过毫米波雷达采集K组距离单元的雷达信号行向量数据，每组距离单元的雷达信号行向量数据的维度为N，将每组距离单元的雷达信号行向量数据进行归一化处理得到每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据，计算每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量；在K组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量中选择累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据，将累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据作为人体所在部位的雷达数据，将累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据进一步通过反正切法相位信号提取方法处理得到雷达相位信息行向量数据；
[0008]步骤2，将雷达相位信息行向量数据通过相位解缠绕处理得到解缠绕后的相位信息行向量数据；
[0009]步骤3，将解缠绕后的相位信息行向量数据进行一阶差分处理得到解缠绕后的相
位行向差行向量数据，将到解缠绕后的相位行向差行向量数据进行距离转换得到距离转换后振动信号行向量数据；
[0010]步骤4，将距离转换后振动信号行向量数据通过MAD平滑方法进行平滑处理得到去除离群值的振动信号行向量数据；
[0011]步骤5，将去除离群值的振动信号行向量数据进行小波降噪处理得到小波降噪后振动信号行向量数据；
[0012]步骤6，将小波降噪后振动信号行向量数据通过带通滤波器处理进行滤波，得到心跳信号行向量数据；
[0013]步骤7，将心跳信号行向量数据首先进行分帧加窗得到加窗后心跳信号，根据加窗后心跳信号计算通过心跳信号的功率谱计算平均周期图功率谱，根据平均周期图功率谱计算重心频率，将重心频率作为人体估计心率；
[0014]作为优选，步骤1所述计算每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量，具体方法为：
[0015][0016]其中，x
k
(n)表示第k组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，N为每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的行向量数据维度，E(k)为第k组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量；
[0017]步骤1所述累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据为：
[0018]x
c
(n),n∈[1,N][0019]其中，x
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，即第c组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，(x
c
(1),x
c
(2),...,x
c
(N))表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数，N为累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的行向量数据维；
[0020]步骤1所述反正切方法提取相位信息的处理方法，具体方法为：
[0021][0022]其中，I
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据的虚部，R
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据的的实部，N为雷达相位信息行向量数据的行向量数据维，φ
c
(n)表示雷达相位信息行向量数据中第n个雷达相位信息，(φ
c
(1),φ
c
(2),...,φ
c
(N))表示雷达相位信息行向量数据；
[0023]作为优选，步骤2所述通过相位解缠绕处理得到解缠绕后的相位信息行向量数据，具体为：
[0024][0025]其中，φ
c
(n)表示雷达相位信息行向量数据中第n个雷达相位信息，
[0026](φ
c
(1),φ
c
(2),...,φ
c
(N))表示雷达相位信息行向量数据，表示解缠绕后的相位信息行向量数据中第n个解缠绕后相位信息，表示解缠绕后的相位信息行向量数据，N为解缠绕后的相位信息行向量数据的行向量数据维数；
[0027]作为优选，步骤3所述进行一阶差分处理得到解缠绕后的相位行向差行向量数据，具体为：
[0028][0029]其中，表示解缠绕后的相位信息行向量数据中第n个解缠绕后相位信息，N为解缠绕后的相位行向差行向量数据的行向量数据维数，Δφ
c
(n)为解缠绕后的相位行向差行向量数据中第n个相位数据的相位差，表示解缠绕后的相位行向差行向量数据；
[0030]步骤3所述进行距离转换得到距离转换后振动信号行向量数据，具体为：
[0031][0032]其中，λ为毫米波雷达发射的线性调频波的波长，Δx
c
(n)为距离转换后振动信号行向量数据中第n个距离转换后振动信号，(Δx
c
(1),Δx
c
(2),...,Δx
c
(N))表示距离转换后振动信号行向量数据，N表示距离转换后振动信号行向量数据的行向量数据维数；
[0033]作为优选，步骤5所述将去除离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过毫米波雷达采集K组距离单元的雷达信号行向量数据，每组距离单元的雷达信号行向量数据的维度为N，将每组距离单元的雷达信号行向量数据进行归一化处理得到每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据，计算每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量；在K组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量中选择累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据，将累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据作为人体所在部位的雷达数据，将累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据进一步通过反正切法相位信号提取方法处理得到雷达相位信息行向量数据；步骤2，将雷达相位信息行向量数据通过相位解缠绕处理得到解缠绕后的相位信息行向量数据；步骤3，将解缠绕后的相位信息行向量数据进行一阶差分处理得到解缠绕后的相位行向差行向量数据，将到解缠绕后的相位行向差行向量数据进行距离转换得到距离转换后振动信号行向量数据；步骤4，将距离转换后振动信号行向量数据通过MAD平滑方法进行平滑处理得到去除离群值的振动信号行向量数据；步骤5，将去除离群值的振动信号行向量数据进行小波降噪处理得到小波降噪后振动信号行向量数据；步骤6，将小波降噪后振动信号行向量数据通过带通滤波器处理进行滤波，得到心跳信号行向量数据；步骤7，将心跳信号行向量数据首先进行分帧加窗得到加窗后心跳信号，根据加窗后心跳信号计算通过心跳信号的功率谱计算平均周期图功率谱，根据平均周期图功率谱计算重心频率，将重心频率作为人体估计心率。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法，其特征在于，步骤1所述计算每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量，具体方法为：其中，x
k
(n)表示第k组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，N为每组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的行向量数据维度，E(k)为第k组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的累计能量；步骤1所述累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据为：x
c
(n),n∈[1,N]其中，x
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，即第c组归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据，(x
c
(1),x
c
(2),...,x
c
(N))表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数，N为累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据的行向量数据维；步骤1所述反正切方法提取相位信息的处理方法，具体方法为：
其中，I
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据的虚部，R
c
(n)表示累计能量最大对应的归一化处理后距离单元的雷达信号行向量数据中第n个雷达数据的的实部，N为雷达相位信息行向量数据的行向量数据维，φ
c
(n)表示雷达相位信息行向量数据中第n个雷达相位信息，(φ
c
(1),φ
c
(2),...,φ
c
(N))表示雷达相位信息行向量数据。3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的高可靠心率测量方法，其特征在于，步骤2所述通过相位解缠绕处理得到解缠绕后的相位信息行向量数据，具体为：其中，φ
c
(n)表示雷达相位信息行向量数据中第n个雷达相位信息，(φ
c
(1),φ
c
(2),...,φ
c
(N))表示雷达相...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊勋鹏，张浩楠，王轶博，吴敏渊，范赐恩，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：