基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达领域，特别涉及一种基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势 项消除算法。
【背景技术】
[0002] 心跳及呼吸是人体重要的身体特征状况信息。理论上，采用基于插值运算的波形 重构算法可以准确地对呼吸和心跳信号进行分离提取。但是，实际测量过程中，被测目标身 体不自主的小幅度运动信息（简称运动趋势项）会对测量结果产生干扰。直观的解决办法 是采用高通滤波器进行滤除，但是这种滤波器的设计：（1)需要极高阶数，（2)由于不能准 确地预估趋势项的截止频率，可靠性欠佳。
[0003] 在许多应用领域中，人们经常需要从一系列已知离散点上的数据集[(Xl， yi)、 (x2, y2)，. . .，（xn，yn)]得到一个多项式解析函数y = f(x)。得到的解析函数f (X)在原离 散点Xi上尽可能接近给定的y i的值，这一过程称为曲线拟合。常用的是最小二乘法曲线拟 合，采用的最小均方差准则（MSE)，即找出
[0004] MSE = Jliy(Xi)IlI2 J=I
[0005] 最小的f(x)，并且f(x)是适合于所有自变量数组X的全局最优拟合函数。
[0006] 多项式曲线拟合中最重要的参数是多项式阶数M的选取。一般情况下，如果M值 太小，拟合曲线则会大大偏离原始曲线，难以包含有用的趋势项信息；如果M取值太大，拟 合曲线则接近原始曲线的包络，除了趋势项信息之外，还包含了部分生命体征信息。适当的 M取值是非常重要的，既要拟合出趋势项信息，又要不包含生命体征信息。
【发明内容】
[0007] 为了解决现有技术存在的问题，本发明采用基于多项式曲线拟合的波形重构算法 拟合出趋势项信息，即对回波信号进行预处理，然后从回波信号中对趋势项信息进行滤除 后再做进一步处理，可以有效解决由趋势项信息造成的干扰。
[0008] 本发明依托非接触式生命体征监护系统进行实现。
[0009] 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。
[0010] 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；I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。
[0011] 一种非接触式生命体征监护系统的信号处理算法，包括以下步骤：
[0012] 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；
[0013] 步骤2,利用基于多项式曲线拟合的波形重构算法将步骤1中获得的正交解调信 号进行波形重构处理得到正交解调信号中的运动趋势项信息波形；
[0014] 步骤3,将步骤1中获得的正交解调信号中滤除步骤2获得的运动趋势项信息波形 得到预处理后的正交解调信号。
[0015] 本发明采用以下技术手段实现发明目的：
[0016] (1)步骤2中的拟合处理包括如下步骤：
[0017] 步骤2. 1，选取多项式阶数M ;
[0018] 步骤2. 2,根据步骤2. 1中得到的多项式阶数M，采用基于多项式曲线拟合的波形 重构算法得到正交解调信号的运动趋势项波形。
[0019] M取值应当满足：拟合出趋势项信息不包含心跳和呼吸数字信号。
[0020] (2)步骤3包括如下步骤：将步骤1的正交解调信号与步骤2中得到的运动趋势 项波形做差，得到预处理后的正交解调信号。
[0021] 作为本发明的一种改进，M取5到13之间的任意自然数。
[0022] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1)可有效对实际测试过程中由身体小幅 度运动产生的运动趋势项干扰进行消除，所得计算结果符合实际情况，同时基于本发明实 施的双支路正交解调可以有效的解决空点带来的信号频率无法检测问题；（2)本发明可对 回波信号中的趋势项信息进行滤除，准确度高，可靠性强，能够对信号后续处理起到有效支 撑作用。
[0023] 下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的非接触式生命体征监护系统的信号处理流程框图；
[0025] 图2为本发明的实际I、Q两路信号和正交解调信号波形；图2(a)为I路信号波形 图，图2(b)为Q路信号波形图，图2(c)为正交解调信号波形图；
[0026] 图3为本发明正交解调信号波形和运动趋势项波形；
[0027] 图4为本发明经预处理后的正交解调信号波形。
【具体实施方式】
[0028] 结合图1，一种非接触式生命体征监护系统的信号处理算法，包括以下步骤：
[0029] 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（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；
[0030] 步骤2,利用基于多项式曲线拟合的波形重构算法将步骤1中获得的正交解调信 号进行波形重构处理得到正交解调信号中的运动趋势项信息波形；
[0031] 步骤3,将步骤1中获得的正交解调信号中滤除步骤2获得的运动趋势项信息波形 得到预处理后的正交解调信号。
[0032] 步骤2中的拟合处理包括如下步骤：
[0033] 步骤2. 1，选取多项式阶数M ;
[0034] 步骤2. 2,根据步骤2. 1中得到的多项式阶数M，采用基于多项式曲线拟合的波形 重构算法得到正交解调信号的运动趋势项波形。
[0035] M取值应当满足：拟合出趋势项信息不包含心跳和呼吸数字信号。
[0036] 作为本发明的一种改进，拟合出趋势项信息包含部分心跳和呼吸数字信号并不影 响发明目的的实现，一般M取5到13之间的任意自然数。
[0037] 步骤3包括如下步骤：将步骤1的正交解调信号与步骤2中得到的运动趋势项波 形做差，得到预处理后的正交解调信号。
[0038] 结合图2,系统模拟端送来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，对I路和Q路进行反正切处理得到正交解调信号，经过步骤1后 得到正交解调信号如图2中最下方图形所示。
[0039] 结合图3,利用基于多项式曲线拟合的波形重构算法将步骤1中获得的正交解调 信号进行波形重构处理得到正交解调信号中的运动趋势项信息波形。经过步骤2后得到趋 势项波形如图3中加粗虚线所示。
[0040] 结合图4,将步骤1中获得的正交解调信号中滤除步骤2获得的运动趋势项信息波 形得到预处理后的正交解调信号。经过步骤3后得到预处理后的正交解调信号波形如图4 所示。
【主权项】
1. 一种基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法，其特征在于，包括以 下步骤： 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,利用基于多项式曲线拟合的波形重构算法将步骤1中获得的正交解调信号进 行波形重构处理得到正交解调信号中的运动趋势项信息波形； 步骤3,将步骤1中获得的正交解调信号中滤除步骤2获得的运动趋势项信息波形得到 预处理后的正交解调信号。
2. 根据权利要求1所述的基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法，其 特征在于，步骤2中的拟合处理包括如下步骤： 步骤2. 1，选取多项式阶数M ; 步骤2. 2,根据步骤2. 1中得到的多项式阶数M，采用基于多项式曲线拟合的波形重构 算法得到正交解调信号的运动趋势项波形。
3. 根据权利要求2所述的基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法，其 特征在于，M取值应当满足：拟合出趋势项信息不包含心跳和呼吸数字信号。
4. 根据权利要求2所述的基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法，其 特征在于，M取5到13之间的任意自然数。
5. 根据权利要求1所述的基于非接触式生命体征监护系统的运动趋势项消除算法，其 特征在于，步骤3包括如下步骤：将步骤1的正交解调信号与步骤2中得到的运动趋势项波 形做差，得到预处理后的正交解调信号。
【专利摘要】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，包括以下步骤：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，利用基于多项式曲线拟合的波形重构算法将步骤1中获得的正交解调信号进行波形重构处理得到正交解调信号中的运动趋势项信息波形；步骤3，将步骤1中获得的正交解调信号中滤除步骤2获得的运动趋势项信息波形得到预处理后的正交解调信号。本发明采用基于多项式曲线拟合的波形重构算法拟合出趋势项信息，从回波信号中对趋势项信息进行滤除后，可以有效解决由趋势项信息造成的干扰。
【IPC分类】A61B5-0205, A61B5-07, A61B5-0245, A61B5-113
【公开号】CN104605830
【申请号】CN201510056893
【发明人】洪弘, 王蒙, 李彧晟, 顾陈, 李洪涛, 朱晓华
【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