[发明专利]毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法

权利要求书

1.一种毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1、调整毫米波雷达与人体目标之间的相向放置，雷达波束主要照射人体胸腔部位；毫米波雷达发射线性调频信号；建立毫米波雷达探测生命体征信号的基本模型；

步骤S2、读取雷达回波I/Q数据并进行处理；

步骤S3、通过谱峰搜索选择人体目标的距离单元；

步骤S4、提取人体目标的相位信息；

步骤S5、通过带通滤波分离呼吸和心跳信号；

步骤S6、对呼吸和心跳信号进行短时傅里叶变换，通过谱峰搜索确定其频率值，得到并绘制呼吸率和心率曲线。

2.根据权利要求1所述的毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法，其特征在于：步骤S1中建立毫米波雷达探测生命体征信号的基本模型，具体过程为：

步骤S11，确定毫米波雷达发射线性调频信号：

其中，为发射信号的振幅，为起始频率，为调频斜率，为调频带宽，为调频周期，为随机初始相位，为虚数单位，为时间；

步骤S12，将步骤S11中得到的雷达发射线性调频信号中的一部分作为本振信号送入混频器中，另一部分由天线向空间中辐射，遇到人体目标产生后向散射，再由天线接收形成目标回波信号，表达式为：

其中，为回波信号的时延，为光速，为雷达与目标之间的距离，为传播衰减因子，表示反射附加相移；

步骤S13，将步骤S12中得到的目标回波信号经混频器后与本振信号进行混频处理，忽略高次方项及附加相移后，得到中频信号表达式如下：

其中，为中频信号的频率，为中频信号的相位，表达式分别如下：

其中，为中频信号的波长；为雷达与人体目标之间的距离，用于调制中频信号的频率和相位；

步骤S14，雷达与人体目标之间的距离变化量为生命体征信号引起的人体胸腔前后位移变化，生命体征信号包含心跳信号和呼吸信号，为一个近似于周期变化的正弦波信号，所以距离变化量可表达为如下所示：

其中，为心跳信号的振幅，为呼吸信号的振幅，为心跳信号的频率，为呼吸信号的频率，为时间，为心跳信号初始相位，为呼吸信号初始相位；

通过中频信号的相位，根据公式，计算出胸腔位移变化量，即距离变化量，进而提取呼吸心跳信息。

3.根据权利要求2中所述的毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法，其特征在于：步骤S2中读取雷达回波I/Q数据并进行处理，具体过程为：按照毫米波雷达的波形参数配置，将目标回波数据离散采样，采样率，将离散采样信号存储在二维矩阵中，矩阵的列为快时间域的I/Q数据，矩阵的行为慢时间域I/Q数据。

4.根据权利要求3中所述的毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法，其特征在于：步骤S3中通过谱峰搜索选择人体目标的距离单元，具体过程如下：

步骤S31，对每帧数据的第一个线性调频信号做距离维快速傅里叶变换，得到频域信号波形；

步骤S32，通过谱峰搜索方式，选取频域信号波形的前三个峰值为潜在目标单元，并记录其索引值；

步骤S33，统计所有帧潜在目标单元出现的频次；

步骤S34，选择频次最高的距离单元为目标单元，即人体胸腔反射点所在单元。

5.根据权利要求4中所述的毫米波雷达生命体征信号提取和测量方法，其特征在于：步骤S4中提取人体目标的相位信息，具体过程为：

步骤S41，使用扩展的差分-交叉相乘算法，直接从校准后的输入/输出信号中计算相位角，并进行相位解缠绕处理，防止出现相位模糊；

其中，为采样点数值大小，为当前采样点人体目标的相位，、分别为采样点取值为时的回波数据I/Q两路信号，、分别为采样点取值为时上一采样点的回波数据I/Q两路信号；

步骤S42，对步骤S41得到的解缠绕后的相位进行一阶差分处理，消除相位偏移，并增强生命体征信号中的心跳信号分量，通过后一采样点的相位减去当前采样点的相位实现，表达式为：

其中为后一采样点人体目标的相位；

步骤S43，对步骤S42得到的一阶差分相位，进行滑动平均滤波处理，抑制人体随机体动噪声及环境中其他噪声。