【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达信号处理，尤其涉及一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法及系统。
技术介绍
1、近年来随着人口老龄化严重，对呼吸率和心率实时监测的需求日渐强烈。fmcw(frequency modulated continuous wave)雷达具有距离分辨率，其生理信号检测不易受环境中其他物体或人体反射信号的干扰，而且具备同时进行多目标生理信号监测的潜力；fmcw雷达能够兼具调频连续波与毫米波集成技术的优势，这进一步缩小了fmcw雷达的体积，同时降低了基于该雷达的医疗健康监测系统的成本。
2、由于呼吸谐波与心跳的频谱存在交叠，且心跳信号相较于呼吸信号和人体的随机抖动更加微弱，所以如何有效的滤除呼吸谐波和减弱人体随机抖动的影响，进而增强心跳信号成为心率检测与估计的重点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法及系统，以解决如何有效的滤除呼吸谐波和减弱人体随机抖动的影响，进而增强心跳信号成为心率检测与估计的技术问题。
2、本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，包括如下步骤：
3、s1：构建fmcw雷达的发射端阵列与接收端阵列，并配置发射信号，将回波信号与发射信号进行混频，得到中频信号；
4、s2：将中频信号进行采样重排，得到数据矩阵以及直流偏置滤除后的信号数据；
5、s3：根据信号数据确定人体目标所在位置；
6、s4
7、s5：根据相位信号，进行小波分解与重构，以及心率估计。
8、进一步的，步骤s1包括如下子步骤：
9、s11：配置fmcw雷达的发射天线、接收天线以及发射信号，发射信号为：
10、
11、其中，at为幅度，fc为扫频起始频率，b为扫频带宽，tc为扫频周期，为相位噪声；
12、s12：根据发射信号得到检测范围内的回波信号：
13、
14、其中，ri为第i个距离单元内的反射面与雷达的距离，c为光速，αi为第i个目标的反射系数；
15、s13：将发射信号和回波信号，经过混频以及低通滤波后，得到中频信号：
16、
17、进一步的，步骤s2包括如下子步骤：
18、s21：对中频信号进行adc采样后，重新排列为三维数据阵列：维度nrx、nr、nd分别表示接收天线数、adc采样点数、chirp数；
19、s22：根据三维数据阵列，采用均值相消的方法去除直流偏量：
20、
21、其中，xl,n,m为三维数据阵列中坐标为(l,n,m)的信号数据。
22、进一步的，步骤s3包括如下子步骤：
23、s31：将信号数据在快时间维做傅里叶变换：
24、
25、其中，sif,1d(k)为第k个发射信号经过fft后的结果；
26、s32：通过均值相消法进行静态杂波滤除，并进行峰值搜索确定每个发射信号内的人体目标距离：
27、disx＝argmax|fft[s'if,1d(k)]|；
28、其中，其中disx为第x个发射信号的距离估计结果，s'if,1d(k)为静态杂波滤除后的信号数据，fft[]为快速傅里叶变换，∣∣为取模；
29、s33：在不同发射信号之间非相干积累，确定人体目标所在距离：
30、
31、其中，dis表示最终的人体目标距离估计结果。
32、进一步的，步骤s4包括如下子步骤：
33、s41：根据人体目标所在距离，对所在距离门的信号数据提取生命体征信号：
34、
35、其中，为初步提取的相位信号序列，si(n)、sq(n)分别为人体目标所在距离门的信号数据的虚部和实部；
36、s42：对提取的数据进行相位解缠绕，得到包含呼吸和心跳的生命体征相位信号，并进行一阶差分、非相干积累以及直流偏置去除处理；
37、s43：利用hampel滤波滤除人体静息下的小范围随机抖动带来的相位异常值：
38、
39、其中，为hampel滤波器窗口内的样本中值，最终得到生命体征相位信号。
40、进一步的，步骤s42包括如下子步骤：
41、s421：根据步骤s41中的信号进行相位解缠绕，得到包含呼吸和心跳的生命体征相位信号：
42、
43、s422：对生命体征相位信号进行一阶差分：
44、
45、s423：对相邻距离窗口下的相位信号进行非相干积累：
46、
47、s424：进行直流偏置去除：
48、
49、其中，nframe为发射信号的帧数。
50、进一步的，步骤s5包括如下子步骤：
51、s51：根据生命体征相位信号，利用mallet算法分解；
52、
53、
54、其中，为相位信号，j为相位信号分解的层数，h(n)和g(n)分别为低通和高通滤波器；
55、s52：根据分解结果进行重构，得到心跳信号：
56、
57、s53：根据心跳信号，利用fft谱峰搜索进行频率估计：
58、
59、其中，hrest为心率估计结果。
60、一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算系统，用以实现上述所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，包括构建模块、重排模块、位置确定模块以及心率估计模块，其中，
61、构建模块，用以构建fmcw雷达的发射端阵列与接收端阵列，并配置发射信号，将回波信号与发射信号进行混频，得到中频信号；
62、重排模块，用以将中频信号进行采样重排，得到数据矩阵以及直流偏置滤除后的信号数据；
63、位置确定模块，根据信号数据确定人体目标所在位置，并根据人体目标所在位置，进行生命体征相位信号提取；
64、心率估计模块，根据相位信号，进行小波分解与重构，以及心率估计。
65、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法。
66、一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法。
67、本专利技术的有益效果在于：本专利技术有效的提高了心率估计的准确率，利用离散小波变换实现了生命体征信号中呼吸谐波的滤除，并通过hampel滤波减小了人体随机抖动带来的影响。
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1.一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S1包括如下子步骤：
3.如权利要求2所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：
4.如权利要求3所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S3包括如下子步骤：
5.如权利要求4所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S4包括如下子步骤：
6.如权利要求5所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S42包括如下子步骤：
7.如权利要求5所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤S5包括如下子步骤：
8.一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算系统，用以实现权利要求1～7任意一项所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，包括构建模块、重排模块、位置确定模块以及心率估计模
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1～7任意一项所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1～7任意一项所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤s1包括如下子步骤：
3.如权利要求2所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤s2包括如下子步骤：
4.如权利要求3所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤s3包括如下子步骤：
5.如权利要求4所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤s4包括如下子步骤：
6.如权利要求5所述的一种基于调频连续波雷达的人体健康数据测算方法，其特征在于，步骤s42包括如下子步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张顺生，孔维涛，欧阳锋，王文钦，
申请(专利权)人：四川旌城电科科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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