一种非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达领域，特别是一种基于非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法。
【背景技术】
[0002]心跳及呼吸是人体重要的身体特征状况信息。目前常用的生命体征监护系统的波形重构处理算法对呼吸和心跳进行分离时不彻底，心跳信号中存在呼吸信号残余的谐波分量，而且谐波分量都与呼吸信号周期相关。因此，采用MTI思路对心跳信号中呼吸信号谐波成分进行抑制，从而达到对心跳信号的优化效果。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种非接触式生命体征监护系统的信号处理算法，通过MTI处理后，将被呼吸信号的谐波掩盖的心跳信号与呼吸信号分离，得到良好的心跳信号。
[0004]本发明依托非接触式生命体征监护系统进行实现。
[0005]该系统采用现代雷达技术和生物医学技术相融合的方式，基于多普勒检测原理，运用无线测量的方式实时获取被测目标的体征信息，包括呼吸、心跳等；主要包括雷达信号发射部分、雷达信号模拟接收部分和数字信号处理部分，其中，雷达信号模拟接收部分分别与雷达信号发射部分和数字信号处理部分相连。
[0006]发射部分用于通过发射天线向被测目标发出连续波信号并照射在目标的胸腔，连续波信号经过由呼吸和心跳等周期信号引起的胸腔运动对其进行调制后得到回波信号；回波信号经过模拟接收部分解调成为两路包含呼吸和心跳信息的正交数字信号，一路为I路信号，另一路为Q路信号；1路和Q路信号经过数字信号处理部分进行生命体征信号的提取及频率检测。
[0007]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0008]步骤1，非接触式生命体征监护系统送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号，一路为I路信号，另一路为Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号；
[0009]步骤2，将正交解调信号经过波形重构处理后得到拟合呼吸信号，再经傅里叶变换处理后得到呼吸信号频率；
[0010]步骤3，在正交解调信号中将步骤2中得到的拟合呼吸信号进行剔除得到心跳信号波形；
[0011]步骤4，将步骤2中得到的呼吸信号频率和步骤3中得到的心跳信号波形同时进行MTI处理，得到优化心跳信号波形，再经傅里叶变换处理后得到心跳信号频率。
[0012]本发明采用以下技术手段进一步实现发明目的:
[0013](I)步骤I中将回波信号做零中频处理，得到两路信号，一路为同相支路的I路信号，另一路为正交支路的Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号；
[0014](2)步骤2中正交解调信号经三次样条插值法重构波形得到拟合呼吸信号。
[0015](3)步骤4中心跳信号的优化处理包括如下步骤:
[0016]步骤4.1:将步骤2中得到的呼吸信号频率对步骤3中得到的心跳信号波形进行采样，得到优化心跳波形；
[0017]步骤4.2:将步骤4.1中所得优化心跳波形做傅里叶变换，得到优化的心跳信号频率。
[0018]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:MTI模块可有效消除呼吸信号谐波对心跳信号的干扰，使心跳信号的精度更高，实用性很强，医务人员可以时时了解病人的精确心跳信号。
[0019]下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的非接触式生命体征监护系统的信号处理算法框图；
[0021]图2为本发明的原始1、Q两路信号和其反正切波形；
[0022]图3为本发明的呼吸信号时域和频域波形；
[0023]图4为本发明的心跳信号时域和频域波形；
[0024]图5为本发明的MTI模块处理后心跳信号时域和频域波形。
【具体实施方式】
[0025]结合图1，一种非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，处理步骤如下:
[0026]步骤1，非接触式生命体征监护系统送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号，一路为I路信号，另一路为Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号；
[0027]步骤2，将正交解调信号经过波形重构处理后得到拟合呼吸信号，再经傅里叶变换处理后得到呼吸信号频率；
[0028]步骤3，在正交解调信号中将步骤2中得到的拟合呼吸信号进行剔除得到心跳信号波形；
[0029]步骤4，将步骤2中得到的呼吸信号频率和步骤3中得到的心跳信号波形同时进行MTI处理，得到优化心跳信号波形，再经傅里叶变换处理后得到心跳信号频率。
[0030]步骤I中将回波信号做零中频处理，得到两路信号，，一路为I路信号(同相支路)，另一路为Q路信号(正交支路)，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号。
[0031]步骤2中正交解调信号经三次样条插值法重构波形得到拟合呼吸信号。
[0032]步骤4中心跳信号的优化处理包括如下步骤:
[0033]步骤4.1:将步骤2中得到的呼吸信号频率对步骤3中得到的心跳信号波形进行采样，得到优化心跳波形；
[0034]步骤4.2:将步骤4.1中所得优化心跳波形做傅里叶变换，得到优化的心跳信号频率。
[0035]下面结合实施例对本发明做进一步描述。
[0036]经过步骤I得到图2，I路信号，Q路信号和反正切合成的原始信号。
[0037]结合图3上部份，经过步骤2对正交解调信号进行波形重构得到拟合呼吸信号的时域波形。
[0038]结合图3的下部份，经过步骤2，将拟合呼吸信号做傅里叶变换得到呼吸信号的频谱图，由它可以看出被测目标的呼吸频率为15.38次/分钟。
[0039]结合图4，经过步骤3，将正交解调信号中的拟合呼吸信号分量进行剔除后得到的含有呼吸信号谐波的心跳信号时域波形图。对它做傅里叶变换，得到含有呼吸信号谐波的心跳信号频率，即图4的下部分，可以看出来心跳频率为45.05次/分钟。仔细分析不难发现，测得心跳频率实则是呼吸频率的三次谐波，而真实的心跳频率应该是图4中的第二尖峰，即59.37次/分钟。
[0040]结合图5，经过步骤4.1，将呼吸信号频率和心跳信号波形同时送入MTI模块，得到剔除呼吸信号谐波的心跳信号。
[0041]结合图5的下部分是经过步骤4.2，将MTI的输出波形做傅里叶变换，得到所需的心跳信号频谱图。我们发现原本被呼吸信号三次谐波所掩盖的心跳信号在频谱图波形中“脱颖而出”，而造成干扰的三次谐波等分量都被大幅度抑制。这证明，MTI模块确实能够消除呼吸信号的谐波对心跳信号的影响。
【主权项】
1.一种非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，其特征在于，处理步骤如下: 步骤1，非接触式生命体征监护系统送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号，一路为I路信号，另一路为Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号； 步骤2，将正交解调信号经过波形重构处理后得到拟合呼吸信号，再经傅里叶变换处理后得到呼吸?目号频率； 步骤3，在正交解调信号中将步骤2中得到的拟合呼吸信号进行剔除得到心跳信号波形； 步骤4，将步骤2中得到的呼吸信号频率和步骤3中得到的心跳信号波形同时输入作MTI处理，得到优化心跳信号波形，再经傅里叶变换处理后得到心跳信号频率。
2.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，其特征在于，步骤I中将回波信号做零中频处理，得到两路信号，一路为同相支路的I路信号，另一路为正交支路的Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号。
3.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，其特征在于，步骤2中正交解调信号经三次样条插值法重构波形得到拟合呼吸信号。
4.根据权利要求1所述的非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，其特征在于，步骤4中心跳信号的优化处理包括如下步骤: 步骤4.1:将步骤2中得到的呼吸信号频率对步骤3中得到的心跳信号波形进行采样，得到优化心跳波形； 步骤4.2:将步骤4.1中所得优化心跳波形做傅里叶变换，得到优化的心跳信号频率。
【专利摘要】本发明提供一种非接触式生命体征监护系统的心跳信号优化算法，处理步骤如下：非接触式生命体征监护系统送来正交的两路心跳和呼吸数字混合信号，一路为I路信号，另一路为Q路信号，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号；将正交解调信号经过波形重构处理后得到拟合呼吸信号，再经傅里叶变换处理后得到呼吸信号频率；在正交解调信号中将拟合呼吸信号进行剔除得到心跳信号波形；将呼吸信号频率和心跳信号波形同时进行MTI处理，得到优化心跳信号波形，再经傅里叶变换处理后得到心跳信号频率。本发通过MTI处理后，将被呼吸信号的谐波掩盖的心跳信号与呼吸信号分离，得到良好的心跳信号。
【IPC分类】A61B5-0205, G06F19-00
【公开号】CN104605829
【申请号】CN201510056802
【发明人】洪弘, 周志强, 王蒙, 李彧晟, 顾陈, 李洪涛, 朱晓华, 左悦, 唐良勇
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月3日