【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达设备，具体涉及一种基于毫米波雷达的体征快速精确检测方法。
技术介绍
1、随着人口老龄化趋势不断加深，慢性病人数逐渐增加，为了缓解医疗资源紧张的问题，同时能够对疾病做到早发现、早治疗，对于呼吸、心跳等生命体征日常检测的需求日渐增加。接触式生命体征检测设备如ecg、电极等，需要在接触人体的情况下才能进行生命体征检测，这样会限制使用者的活动范围，引起不适感，并且不适用于特殊人群如烧伤病人、传染病患者等。非接触式生命体征检测设备如摄像头等，会侵犯使用者的隐私，且易受环境条件影响。而wifi设备或者连续波雷达设备不具备从距离上分离检测多个目标的能力，fmcw雷达具有体积小、低成本、探测精度高、可在保护隐私的情况下实现多个人体目标的无感检测，在家庭日常检测和医疗监护场景中有巨大的应用潜力。
2、fmcw雷达可以通过频率变化获取目标的距离信息，并通过相位变化获取目标的微弱的运动信息，比如由呼吸、心跳引起的胸腔起伏变化。当前基于fmcw雷达的进行呼吸、心率等生命体征检测的方法，主要面临的问题有：
3、其一，当前普遍采用基于能量幅值的距离单元的选取方法，如中国专利申请cn110346790a“一种基于毫米波雷达的非接触式生命体征检测方法、装置及系统”中提到的检索一维距离像的最大峰值，这种方法往往不能保证选取最佳的距离单元，即同时包含人体呼吸和心跳信号的距离单元。
4、其二，由于本振泄露或电路干扰等引起的脉冲干扰噪声，会极大影响相位信号，从而影响呼吸和心率信号的准确估计，传统的方法采用脉冲噪声干
5、其三，为了提高生命体征检测的准确率，现有的算法中多使用时间窗长度较长的信号，且采用模态分解或者小波分解的方法提取呼吸和心跳信号，但是这些方法往往计算复杂度高，计算时间长，而且对时间窗较长的信号做频率估计只能获得这段时间窗内的平均心率，不利于生命体征信号的快速获取和观察，在实际应用存在使用缺陷。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于毫米波雷达的体征快速精确检测方法，能够快速检测出生命体征信号，且检测精度高、复杂度低。
2、本专利技术的基于毫米波雷达的体征快速精确检测方法，包括：
3、步骤1，雷达朝向目标发射调频连续波信号；对接收的回波信号和发射信号进行混频；对混频后的信号进行低通滤波后再进行正交采样，得到采样复信号；
4、步骤2，对采样复信号进行快时间维的快速傅里叶变换，得到距离时间图；
5、步骤3，提取每一个距离单元的采样复信号的慢时间维的能量方差；提取方差最大距离单元的复信号的相位并进行相位解缠绕；
6、步骤4，对解缠绕的信号进行相位差分后，对相位差分信号进行脉冲干扰去除；然后基于呼吸和心跳时域信号的频带范围，分别对脉冲干扰去除后的相位差分信号进行带通滤波，得到呼吸和心跳的时域信号；
7、步骤5，对呼吸时域信号进行傅里叶变换，最大峰值对应的频率即为呼吸频率；
8、步骤6，基于呼吸频率对心跳信号进行自适应滤波后，进行傅里叶变换，最大峰值采用峰值法提取心跳信号的心跳频率。
9、较优的，还包括：
10、步骤7，采用滑动窗的方式，利用卡尔曼滤波对心跳频率进行跟踪估计，输出心跳频率结果。
11、较优的，所述步骤1中，雷达按照固定时间间隔发射信号。
12、较优的，所述步骤3中，对能量方差最大距离单元的复信号进行反正切求取相位，然后对相位序列进行相位解缠绕。
13、较优的，相位解缠绕具体为：
14、
15、其中，phasei为解缠绕前的相位值，为解缠绕后的新的相位值。
16、较优的，所述步骤4中，对相位差分信号进行十点中值滤波，去除脉冲干扰。
17、较优的，所述步骤4中，对滤波后的相位差分信号分别采用4阶巴特沃斯带通滤波器和8阶巴特沃斯带通滤波器得到呼吸和心跳的时域信号。
18、有益效果：
19、(1)本专利技术首先对回波信号和发射信号进行混频，交叉采样得到的复信号；然后采用基于复信号的慢时间维能量的方差，在不破坏目标相位信号的情况下进行最佳的距离单元的选取，确保该最佳距离单元同时包含人体呼吸和心跳信号；同时，本专利技术在进行心率估计前，首先消除呼吸信号的高次谐波，再依据幅值大小输出心率的最终结果，使得心率估计具有高准确率。本专利技术在保证检测精度的条件下降低了处理信号和估计信号时间长度的要求，使得本方法达到了高精度的快速心率估计的精度要求，能够适应各种场景中的检测要求，真正实现了对体征的快速检测。
20、(2)本专利技术采用适当点数中值滤波的方法进行脉冲干扰的消除，在保证不影响呼吸心跳波形的情况下去除本振泄露和电路干扰等引起的脉冲干扰噪声，计算量小且效果显著。
21、(3)本专利技术还采用滑动窗的方法对生命体征进行连续估计，利用卡尔曼滤波算法对心率进行跟踪估计，进一步提升检测准确率。
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1.一种基于毫米波雷达的体征快速精确检测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，雷达按照固定时间间隔发射信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对能量方差最大距离单元的复信号进行反正切求取相位，然后对相位序列进行相位解缠绕。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，相位解缠绕具体为：
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，对相位差分信号进行十点中值滤波，去除脉冲干扰。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，对滤波后的相位差分信号分别采用4阶巴特沃斯带通滤波器和8阶巴特沃斯带通滤波器得到呼吸和心跳的时域信号。
【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的体征快速精确检测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，雷达按照固定时间间隔发射信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对能量方差最大距离单元的复信号进行反正切求取相位，然后对相位序列进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：包增娣，杨振皞，郑嘉旺，李阳，
申请(专利权)人：北京理工大学长三角研究院嘉兴，
类型：发明
国别省市：
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