专利名称：呼吸信号检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生理信号检测领域，特别是涉及一种呼吸信号检测方法和装置。
背景技术：
非接触式生命探测主要用于探测人体的呼吸运动。为了在灾后救援探测废墟中是否存在活的生命体， 往往采集非接触式生命探测方式进行探测。雷达生命探测仪是一种融合雷达技术和生物医学工程技术的可穿透非金属介质的非接触、远距离的探测生命体的一种探测系统。UWB (Ultra Wide Band，超宽带)脉冲雷达的高穿透性能和高定位性能使得它在应急救援、反恐监测等领域具有广泛的应用前景。传统的UWB脉冲雷达生命探测技术往往将人体的呼吸信号看作某个单一频点的正弦信号，当在空间的某一位置存在某一频率的呼吸信号时，相应的空间频域谱点相比于不存在呼吸信号的谱点具有较高的能量，基于该能量的显著性，完成对呼吸信号的检测。然而，在实际的应急救援、反恐监测等应用场景下，呼吸信号相对于环境噪声干扰等很微弱，采用传统的UWB脉冲雷达生命探测检测呼吸信号时，因仅将呼吸信号视作单一频点的正弦信号，忽略了环境噪声干扰，导致检测的性能较差。
发明内容
基于此，有必要针对传统的呼吸信号检测性能差的问题，提供一种能提高检测性能的呼吸信号检测方法。此外，还有必要针对传统的呼吸信号检测性能差的问题，提供一种能提高检测性能的呼吸信号检测装置。一种呼吸信号检测方法，包括以下步骤:采集原始信号；对所述原始信号进行滤波处理，且所述滤波处理中采用的滤波参数为根据预先分析得到的慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的；计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期图；估算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率；根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构、慢时间域信号的周期图及慢时间域信号的噪声功率计算谐波图；判断所述谐波图是否大于预设门限，若是，则表示存在呼吸信号，若否，则表示不存在呼吸信号。一种呼吸信号检测装置，包括:采集模块，用于采集原始信号；噪声抑制模块，用于对所述原始信号进行滤波处理，且所述滤波处理中采用的滤波参数为根据预先分析得到的慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的；周期图计算模块，用于计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期噪声功率估算模块，用于计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率；谐波图计算模块，用于根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构、慢时间域信号的周期图及慢时间域信号的噪声功率计算谐波图；判断模块，用于判断所述谐波图是否大于预设门限，若是，则表示存在呼吸信号，若否，则表示不存在呼吸信号。上述呼吸信号检测方法和装置，采用慢时间域呼吸信号的谐波结构确定滤波参数，根据确定后的滤波参数滤波器对采集的原始信号进行滤波处理，若原始信号中存在呼吸信号，则通过此滤波处理可较好的滤除环境噪声且尽可能的保留呼吸信号，根据呼吸信号谐波结构及计算得到的慢时间域信号周期图和噪声功率计算谐波图，通过谐波图与预设门限进行判断，提高了检测的性能，更加有效的检测呼吸信号是否存在。
图1为一个实施例中呼吸信号检测方法的流程示意图；图2为一个实施例中预先分析得到慢时间域呼吸信号的谐波结构的流程示意图；图3为胸腔表面与雷达间距离随时间变化的示意图；图4为仿真得到的回波矩阵实验图；图5为采用离散傅立叶级数分析呼吸信号谐波结构的结果图；图6为慢时间域呼吸信号的谐波结构
图7A为快时间域滤波器的幅度谱响应图；图7B为快时间域滤波器的冲击响应图；图8为存在呼吸信号的雷达回波实验数据图；图9为快时间域滤波后的输出矩阵图；图1OA为带通慢时间滤波器的幅度谱图；图1OB为带通慢时间域滤波器的冲击响应图；图11为带通慢时间域滤波处理后的输出矩阵图；图12A为高通慢时间滤波器的幅度谱图；图12B为高通慢时间域滤波器的冲击响应图；图13为高通慢时间域滤波处理后的输出矩阵图；图14为带通慢时间域滤波器输出矩阵的周期图；图15为谐波图；图16为两种检测方法的检测性能对比示意图；图17为一个实施例中呼吸信号检测装置的结构示意图；图18为另一个实施例中呼吸信号检测装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体的实施例及附图对呼吸信号检测方法和装置的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。如图1所示，在一个实施例中，一种呼吸信号检测方法，包括以下步骤:
步骤S110，采集原始信号。具体的，可通过雷达探测仪在灾后救援现场或反恐场景中采集原始信号，该原始信号中可能包括呼吸信号。该原始信号组成雷达回波矩阵，该雷达回波矩阵中通常包含大量噪声，杂波和干扰。雷达回波矩阵可由式(I)表示:
权利要求
1.一种呼吸信号检测方法，包括以下步骤: 采集原始信号； 对所述原始信号进行滤波处理，且所述滤波处理中采用的滤波参数为根据预先分析得到的慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的； 计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期图； 估算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率； 根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构、慢时间域信号的周期图及慢时间域信号的噪声功率计算谐波图； 判断所述谐波图是否大于预设门限，若是，则表示存在呼吸信号，若否，则表示不存在呼吸信号。
2.根据权利要求1所述的呼吸信号检测方法，其特征在于，所述呼吸信号检测方法还包括预先分析得到慢时间域呼吸信号的谐波结构的步骤，所述预先分析得到慢时间域呼吸信号的谐波结构包括: 获取并根据脉冲回波延迟时间、慢时间域采样周期和快时间域采样周期构建离散时间回波矩阵的仿真模型，并设置所述离散时间回波矩阵的仿真参数； 根据所述仿真模型和仿真参数获取离散时间回波矩阵的仿真结果； 根据所述仿真结果提取慢时间域呼吸信号； 利用离散傅立叶级数分析所述慢时间域呼吸信号，得到所述慢时间域呼吸信号的谐波 结构向量。
3.根据权利要求1所述的呼吸信号检测方法，其特征在于，所述对原始信号进行滤波处理的步骤包括: 对所述原始信号中每一路信号进行快时间域滤波处理得到相应路的快时间域滤波输出信号，并组成快时间域滤波输出矩阵； 对所述快时间域滤波输出矩形的每一路快时间域滤波输出信号进行带通慢时间域滤波处理得到相应路的带通慢时间域滤波输出信号，并组成慢时间域滤波输出矩阵，其中，所述带通慢时间域滤波处理中采用的滤波参数为根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的； 对所述快时间域滤波输出矩阵的每一路快时间域滤波输出信号进行高通慢时间域滤波处理得到相应路的高通慢时间域滤波输出信号，并组成高通慢时间域滤波输出矩阵。
4.根据权利要求3所述的呼吸信号检测方法，其特征在于，所述带通慢时间域滤波处理中的滤波参数包括滤波频率，所述滤波频率为0.2赫兹到I赫兹。
5.根据权利要求3所述的呼吸信号检测方法，其特征在于，所述计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期图的步骤包括: 根据所述带通慢时间域滤波输出矩阵的每一路带通慢时间域滤波输出信号进行周期图计算，得到各路慢时间域信号的周期图； 所述估算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率的步骤包括: 根据所述高通慢时间域滤波输出矩阵的每一路高通慢时间域滤波输出信号估算各路慢时间域信号的噪声功率。
6.根据权利要求1所述的呼吸信号检测方法，其特征在于，当存在呼吸信号时，所述呼吸信号检测方法还包括: 根据所述谐波图的最大值估算目标距离和/或目标呼吸率。
7.—种呼吸信号检测装置，其特征在于，包括: 采集模块，用于采集原始信号； 噪声抑制模块，用于对所述原始信号进行滤波处理，且所述滤波处理中采用的滤波参数为根据预先分析得到的慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的； 周期图计算模块，用于计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期图； 噪声功率估算模块，用于计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率； 谐波图计算模块，用于根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构、慢时间域信号的周期图及慢时间域信号的噪声功率计算谐波图； 判断模块，用于判断所述谐波图是否大于预设门限，若是，则表示存在呼吸信号，若否，则表示不存在呼吸信号。
8.根据权利要求7所述的呼吸信号检测装置，其特征在于，所述装置还包括: 呼吸信号谐波结构分析模块，用于预先分析得到慢时间域呼吸信号的谐波结构；所述呼吸信号谐波结构分析模块包括: 建模单元，用于获取并 根据脉冲回波延迟时间、慢时间域采样周期和快时间域采样周期构建离散时间回波矩阵的仿真模型，并设置所述离散时间回波矩阵的仿真参数； 仿真单元，用于根据所述仿真模型和仿真参数获取离散时间回波矩阵的仿真结果； 提取单元，用于根据所述仿真结果提取慢时间域呼吸信号； 分析单元，用于利用离散傅立叶级数分析所述慢时间域呼吸信号，得到所述慢时间域呼吸信号的谐波结构向量。
9.根据权利要求7所述的呼吸信号检测装置，其特征在于，所述噪声抑制模块包括: 快时间域滤波模块，用于对所述原始信号中每一路信号进行快时间域滤波处理得到相应路的快时间域滤波输出信号，并组成快时间域滤波输出矩阵； 慢时间域滤波模块，包括: 带通慢时间域滤波器，用于对所述快时间域滤波输出矩形的每一路快时间域滤波输出信号进行带通慢时间域滤波处理得到相应路的带通慢时间域滤波输出信号，并组成慢时间域滤波输出矩阵，其中，所述带通慢时间域滤波处理中采用的滤波参数为根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的； 高通慢时间域滤波器，用于对所述快时间域滤波输出矩阵的每一路快时间域滤波输出信号进行高通慢时间域滤波处理得到相应路的高通慢时间域滤波输出信号，并组成高通慢时间域滤波输出矩阵。
10.根据权利要求9所述的呼吸信号检测装置，其特征在于，所述带通慢时间域滤波单元的滤波频率为0.2赫兹到I赫兹。
11.根据权利要求9所述的呼吸信号检测装置，其特征在于，所述周期图计算模块还用于根据所述带通慢时间域滤波输出矩阵的每一路带通慢时间域滤波输出信号进行周期图计算，得到各路慢时间域信号的周期图； 所述噪声功率估算模块还用于根据所述高通慢时间域滤波输出矩阵的每一路高通慢时间域滤波输出信号估算各路慢时间域信号的噪声功率。
12.根据权利要求7所述的呼吸信号检测装置，其特征在于，当存在呼吸信号时，所述呼吸信号检测装置还包括: 距离和呼吸率估算模块，用于根据所述谐波图的最大值估算目标距离和/或目标呼吸率。`
全文摘要
本发明涉及一种呼吸信号检测方法和装置，包括以下步骤采集原始信号；对所述原始信号进行滤波处理，且所述滤波处理中采用的滤波参数为根据预先分析得到的慢时间域呼吸信号的谐波结构确定的；计算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的周期图；估算滤波处理后的原始信号的慢时间域信号的噪声功率；根据所述慢时间域呼吸信号的谐波结构、慢时间域信号的周期图及慢时间域信号的噪声功率计算谐波图；判断所述谐波图是否大于预设门限，若是，则表示存在呼吸信号，若否，则表示不存在呼吸信号。上述呼吸信号检测方法和装置，采用呼吸信号的谐波结构确定滤波参数，进行滤波处理，较好的滤除环境噪声且尽可能的保留呼吸信号，提高了检测的性能。
文档编号A61B5/00GK103169449SQ201310066728
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者乔登宇, 李鑫, 李烨, 胡波平, 孙佳平, 孙东芳, 张钦 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院