[发明专利]一种基于毫米波雷达的生命体征检测方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波雷达的生命体征检测方法，用于实现对生命体的心跳和呼吸频率的检测。采用多天线收发模式，对每个接收天线数据进行距离维度FFT，再沿着接收天线维度进行FFT，之后对二维平面内的每个待检测目标通过测量相位变化确定目标位置。对提取的目标生命信号，首先利用带通滤波器将信号分成不同频带，再用改进的经验模态分解法计算呼吸、心跳频率，进一步去除谐波干扰，用窗口局部均值法代替经验模态分解法中三次样条插值法计算原信号局部均值，减少信号分解时间，克服了经验模态算法的端点效应。

技术领域

本发明涉及雷达信号检测领域，更具体地，涉及一种基于毫米波雷达的生命体征检测方法。

背景技术

生命体征参数是用来判断人体的生命活动正常与否的常用指标，主要有心跳、呼吸、体温、血压、呼吸末二氧化碳和脉搏氧饱和度等等。其中心跳和呼吸是尤其重要的两个参数。现行的方法主要采用接触式检测技术，生物医学信号的接触式检测是指利用电极或传感器直接或间接地接触人体，达到检测医学信息的目的，在很多的情况下，由于各种条件的限制和其他因素的考虑，需要远距离的测量呼吸和心跳。目前毫米波雷达的主要应用领域是面向汽车市场的，但是在广泛的工业和医疗保健领域的几个潜在应用领域也在积极研究中，一个新兴的应用领域是对人体生命体征的远程非接触监测。

雷达获取的人体回波信号容易受到人体自身微动以及周围物体杂波的干扰，正常情况下，人的呼吸的频率为每分钟16到20次，心跳信号的频率为60 到100次，当被测人员自由呼吸的时候，由呼吸所引起的身体表面微动的幅度较大，所包含的信号能量也较强；由于心跳信号较弱，由它引起的身体表面微动较小，因此很难从所监测的信号中简单、有效的将心跳和呼吸信号分离开。

目前，现有的非接触式生命体征信号处理方法主要有两种，傅里叶变换和小波分析方法。然而所要处理的心跳和呼吸信号的频率比较接近，心跳信号又比较微弱，用传统时频信号分析的方法都不能够精确的表达出信号的频率在每个时间点的变化甚至是不能够将呼吸和心跳信号分辨出来；传统的傅里叶变换需要用大量的数据进行试验，并且该方法的分辨率比较低。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于毫米波雷达的生命体征检测方法，其包括原始基带信号处理模块、距离-角度平面目标确定模块以及雷达生命信号处理模块，具体步骤如下：

所述的一种基于毫米波的生命特征检测方法分为原始基带信号处理模块、距离-角度平面目标确定模块以及雷达生命信号处理模块。本发明采用的雷达板是TexasInstruments(德州仪器，TI)公司的AWR1642评估板，它是工作在 77GHz～81GHz的线性调频连续波(FMCW)雷达。采用多天线收发模式，根据距离-角度单元的相位变换确定目标位置，将滤波后的目标生命信号存入圆形缓冲区，每帧数据计算基于前一帧计算结果，并以设定窗口大小计算心跳波形中能量大小，判断是否丢弃该段数据，减小大幅度运动对心跳信号的影响。再用窗口局部均值法计算原信号局部均值，采用改进的经验模态分解法计算呼吸和心跳频率。

所述的一种基于毫米波的生命体征检测方法，距离-角度平面目标确定模块具体步骤如下；

(1)对带个脉冲的原始A/D数据进行n点快速傅里叶变换处理，得到频域信号，该频域信号包含n个距离单元；对每个距离单元沿着接收天线维度进行 q点FFT，得到q个角度单元，可以得到一个矩阵M[n,q]，其中n为距离单元数， q为角度单元数。

(2)对矩阵M[n,q]中任意一列数据进行恒虚警及峰值检测，记录超过阈值的距离单元序号[a1,a2,…,ap]，其中1≤a1a2…ap≤n，对第a1行的 q点数据进行恒虚警及峰值检测，记录超过阈值的角度单元序号；对第a2行的q点数据进行恒虚警及峰值检测，记录超过阈值的角度单元序号，…，对第ap行的q 点数据进行恒虚警及峰值检测，记录超过阈值的角度单元序号，如图3所示。对于在距离-方位角平面内的每个被检测物体，我们在慢时间轴上测量S23中筛选出角度单元的相位，最后只保留那些随着时间，相位变化超过某个阈值的距离- 角度单元。