一种基于纳米波技术的呼吸率监测方法与流程

本发明涉及呼吸监测技术领域，特别是涉及一种基于纳米波技术的呼吸率监测方法。

背景技术：

现今，随着人们的生活水平提高，对自身的健康和幸福更加注意与关心，人们对于远离医疗环境以外其他检测方式的期望也在提高。除了专业医疗机构以外实际上对于老人在无人看管的时候，在外出旅行的时候；特别是在乘坐游轮时可能发生的不适会导致生理变化，突发性疾病往往使家人措手不及。

呼吸率是一项重要的生命征象，呼吸率和呼吸方式也被认为是反映个人基础健康状况的良好指标，通过对呼吸率的监测可以有助于瞭解一个人的整体健康状况和睡眠品质。目前市场上呼吸率监测装置，多数技术是侵入式的，需要将受测者与测量设备连接在一起。即使是简单的机电式呼吸率测量通常也必须在受测者的胸部绑上一条弹性带。其它声学技术要求将装置连接到受测者的颈部，而电容技术则要求在床上安装一种专用床垫或在受测者的身体上安装感测元件。现有的方式使用都十分不便，也不适用于公共客房。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纳米波技术的呼吸率监测方法，能够在远端准确地测量和记录呼吸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于纳米波技术的呼吸率监测方法，包括以下步骤：

(1)确定参考目标，并向参考目标发送纳米波信号；

(2)用两根位置不同的接收天线接收经过参考目标反射后的回波信号，得到波程差率；

(3)将发送的纳米波信号转换为窄带小角度进行照射，再发射纳米波信号；

(4)接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到最终目标身体的微小变化；

(5)统计固定时间内最终目标身体微小变化的次数，得到最终目标的呼吸率。

所述步骤(2)具体包括以下子步骤：

(21)将发射信号作为参考信号，分别将两根接收天线接收的回波信号与参考信号做差频处理，得到两个接收天线处理后的信号；

(22)将得到的两个接收天线处理后的信号进行相关运算，得到两个回波信号的互相关函数；

(23)根据所述互相关函数，用频率估计方法估计出两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值；

(24)根据两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，得到两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差率。

所述步骤(24)中波程差率的计算方式为td＝2r/c，其中，td为波程差率，r为参考目标与发射装置的距离，c为光速。

所述步骤(3)中通过td/f0＝(t/2)/f对发送的纳米波信号进行转换，其中，td为波程差率，f0为发射信号与回波信号的频率差，t为调制的纳米波周期，f为调制的纳米波带宽。

所述步骤(3)中的小角度为1-15度。

所述步骤(4)中通过回波信号与接收天线的间距之间的三角函数关系得到目标身体的微小变化，其中，最终目标的距离根据r'＝[(c*t)/4f]*f0计算得到，r'是最终目标与发射装置的距离，c为光速，t为调制的纳米波周期，f为调制的纳米波带宽，f0为发射信号与回波信号的频率差。

所述步骤(4)中还包括采用深度学习框架训练模式来减少噪声的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用纳米波作为监测介质，无需与身体接触，也不会被衣服或床被等物体所阻碍，能够在远端准确地测量和记录呼吸。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中纳米波感应装置的结构示意图；

图3是回波信号与接收天线的间距之间的三角函数关系示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于纳米波技术的呼吸率监测方法，如图1所示，包括以下步骤：确定目标，并向目标发送纳米波信号；用两根位置不同的接收天线接收经过目标反射后的回波信号，得到波程差率；将发送的纳米波信号转换为窄带小角度进行照射，再发射纳米波信号；接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到目标身体的微小变化；统计固定时间内目标身体微小变化的次数，得到目标的呼吸率。

本实施方式中采用的纳米波感应装置的结构如图2所示，其包括至少两根并列设置的接收天线，和至少一根发射天线，使用时可以将其安装在房顶上。在进行检测时，具体步骤如下：

步骤一、确定目标，在确定后由发射天线向目标发送纳米波信号。

步骤二、用两根位置不同的接收天线接收经过目标反射后的回波信号，得到波程差率。其具体过程为：将发射信号作为参考信号，分别将两根接收天线接收的回波信号与参考信号做差频处理，得到两个接收天线处理后的信号；将得到的两个接收天线处理后的信号进行相关运算，得到两个回波信号的互相关函数。根据所述互相关函数，用频率估计方法估计出两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值。根据两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，得到两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差率。波程差率计算方式为：td＝2r/c，其中，td为波程差率，r为参考目标与发射装置的距离，c为光速。

步骤三、在得到波程差率后将发送的纳米波信号转换为窄带小角度进行照射，再发射纳米波信号。其中，通过td/f0＝(t/2)/f对发送的纳米波信号进行转换，其中，td为波程差率，f0为发射信号与回波信号的频率差，t为调制的纳米波周期，f为调制的纳米波带宽。本实施方式中的小角度的范围为1-15度。

步骤四、接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到目标身体的微小变化。本实施方式是通过回波信号与接收天线的间距之间的三角函数关系得到目标身体的微小变化，其原理图如图3所示，方位角αaz是通过纳米波感应装置的接收天线rx1和接收天线rx2之间的几何距离d，以及两根纳米波感应装置的接收天线所收到反射回波的相位差b，然后通过三角函数计算得到的，其中，最终目标的距离根据r'＝[(c*t)/4f]*f0计算得到，r'是最终目标与发射装置的距离，c为光速，t为调制的纳米波周期，f为调制的纳米波带宽，f0为发射信号与回波信号的频率差。根据方位角αaz的变化可以探测到目标身体的微小变化。值得一提的是，由于纳米波灵敏度很高，为了提高准确性，本实施方式还采用深度学习框架训练模式来减少噪声以防止误报。

步骤五、统计固定时间内目标身体微小变化的次数，得到目标的呼吸率，也就是说，在探测到目标身体的微小变化后，可以统计1分钟内，微小变化发生的次数，如此就可以得到目标的呼吸率。

步骤六、根据目标的呼吸率换算心率。

不难发现，本发明适用于所有年龄层和身形的人们，而且是非侵入式的监测，能够保护受测者的隐私。本发明以纳米波作为监测介质，实现了无需与身体接触就能够在远端准确地测量和记录呼吸，整个监测过程也不用担心会被衣服或床被等物体所阻碍，适用于类似于公共客房等不宜安装摄像监控的房间。