基于雷达的生命体征监测方法及系统

本发明涉及雷达监测，具体为基于雷达的生命体征监测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、生命体征是生命活动存在和质量的重要标志，已被证明是评估人体健康状况最重要的项目之一，传统的生命体征监测通常基于可穿戴设备实现，需要与受试者紧密接触，因而存在一定局限性。例如当受试者是婴儿、睡眠障碍、皮肤病患者或严重烧伤患者时，可穿戴设备难以实现其生命体征监测功能，并且容易引发监测对象的的情况恶化。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供基于雷达的生命体征监测方法及系统，采用调频连续波雷达向受试者发出雷达信号，心跳和呼吸引起人体胸壁微运动，利用雷达信号对这部分信号进行调制，将捕捉到的回波信号与发射信号混合，经处理后得到所需的心跳和呼吸数据，从而以非接触的方式实现生命体征监测。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供基于雷达的生命体征监测方法，包括以下步骤：

4、基于雷达产生调频连续波信号，产生的信号一路朝向受试者发送，另一路与获得的回波信号混合，依次经滤波和数模转换得到数字形式的中频信号；

5、中频信号经距离傅里叶变换获得受试者与雷达的距离，根据得到的距离提取受试者所在位置处中频信号的相位，经相位展开后进行相位差分处理，并经设定频段的滤波处理分离出呼吸信号和心跳信号，经后处理得到受试者的呼吸速率和心率。

6、数字信号经距离傅里叶变换得到待测目标与雷达的距离，具体为：

7、混合经滤波处理和数模转换得到数字形式的中频信号，中频信号经距离傅里叶变换之后得到距离信号，距离信号峰值所处的位置为待测目标与雷达的距离；

8、其中，受试者所在位置处中频信号的相位，为受试者胸腔壁受呼吸和心跳影响产生微运动信号的相位。

9、根据得到的距离提取受试者位置处中频信号的相位，具体为：

10、根据angle函数提取目标距离单元上复数矩阵的相位角弧度值，取值为-π到π。

11、通过angle函数得到的相位值是每个复数的相位角值，得到实际连续的相位变化，需要对相位进行解缠绕，具体为：

12、当前后两个相位的差值大于π时，将相位差值减去2π得到正确的相位；

13、当前后两个相位的差值小于-π时，将相位差值加上2π得到正确的相位。

14、相位差分处理，具体为：

15、利用后一帧与前一帧的相位做差，将相位中的常数项抵消，相位整体去除了偏移。

16、经设定频段的滤波处理分离出呼吸信号和心跳信号，经后处理得到受试者的呼吸速率和心率，包括：

17、利用0.1-0.6hz带通滤波器分离出呼吸信号，经谱估计处理后得到受试者的呼吸速率；

18、利用0.8-4.0hz带通滤波器分离出心跳信号，并确定运动损失部分，将不属于运动损失部分的信号通过有效值缓冲区和谱估计处理，得到受试者的心率数据。

19、本发明的第二个方面提供实现上述方法所需的系统，包括：

20、发送模块，被配置为：基于雷达产生调频连续波信号，产生的信号一路朝向受试者发送，另一路与获得的回波信号混合；

21、接收模块，被配置为：获得监测目标返回的回波信号；

22、处理模块，被配置为：混合信号依次经滤波和数模转换得到数字形式的中频信号，中频信号经距离傅里叶变换获得受试者与雷达的距离，根据得到的距离提取受试者所在位置处中频信号的相位，经相位展开后进行相位差分处理，并经设定频段的滤波处理分离出呼吸信号和心跳信号，经后处理得到受试者的呼吸速率和心率。

23、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

24、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于雷达的生命体征监测方法中的步骤。

25、本发明的第四个方面提供一种计算机设备。

26、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于雷达的生命体征监测方法中的步骤。

27、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

28、由于心跳和呼吸引起人体胸壁的微运动，则采用调频连续波(frequencymodulated continuous wave,fmcw)雷达可以对这些微运动产生的信号进行调制，将捕捉到的调制回波信号与发射的信号混合，经滤波处理得到中频信号，再转换为数字信号经相位展开后分离出呼吸信号和心跳信号，经过后处理得到监测目标的呼吸速率和心率，从而在不接触人体的情况下实现生命体征监测。

技术特征：

1.基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，中频信号经距离傅里叶变换获得受试者与雷达的距离，具体为：

3.如权利要求1所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，受试者所在位置处中频信号的相位，为受试者胸腔壁受呼吸和心跳影响产生微运动信号的相位。

4.如权利要求1所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，根据得到的距离提取受试者所在位置处中频信号的相位，具体为：

5.如权利要求4所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，通过angle函数得到的相位值是每个复数的相位角值，当得到实际的连续相位变化，对相位进行解缠绕，具体为：

6.如权利要求1所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，相位差分处理，具体为：

7.如权利要求1所述的基于雷达的生命体征监测方法，其特征在于，经设定频段的滤波处理分离出呼吸信号和心跳信号，经后处理得到监测目标的呼吸速率和心率，包括：

8.基于雷达的生命体征监测系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述权利要求1-7任一项所述的基于雷达的生命体征监测方法中的步骤。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的基于雷达的生命体征监测方法中的步骤。

技术总结
本发明涉及基于雷达的生命体征监测方法及系统，其中的基于雷达的生命体征监测方法，包括以下步骤：基于雷达产生调频连续波信号，产生的信号一路朝向监测目标发送，另一路与获得的回波信号混合，依次经滤波和数模转换得到数字信号；根据监测目标与雷达的距离，将数字信号经相位展开后得到相位差分，根据设定频段的带通滤波器分离出呼吸信号和心跳信号，经后处理得到监测目标的呼吸速率和心率。采用调频连续波雷达向受试者发出雷达信号，心跳和呼吸引起人体胸壁微运动，利用雷达信号对这部分信号进行调制，将捕捉到的回波信号与发射信号混合，经处理后得到所需的心跳和呼吸数据，从而以非接触的方式实现生命体征监测。

技术研发人员：赵曰峰,苏润松
受保护的技术使用者：山东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12