[发明专利]一种基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法

说明书

本发明涉及雷达微波信号处理技术和生命医学领域，具体涉及一种基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法。方案的技术要点包括：步骤1：超宽带雷达初始化；步骤2：获取回波信号；步骤3：依据回波信号计算人的位置信息；步骤4：对步骤3的一维时间序列信号进行巴特沃斯带通滤波；步骤5：对信号分别使用Min‑Max归一化方法对信号进行增强；步骤6：对增强的信号分别使用汉宁窗进行平滑；步骤7：对平滑处理的信号进行快速离散傅里叶变换；步骤8：寻找信号在呼吸区间和心率区间的峰值，作为呼吸和心跳的参数。本发明适用与非接触式呼吸和心率的测定，可应用于特殊人体和环境，具有较高的精度和较低的计算复杂度。

技术领域

本发明涉及雷达微波信号处理技术和生命医学领域，具体涉及一种基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法。

背景技术

呼吸速率、心率等生理参数是医生诊断和治疗心率变异、心肺异常类疾病和其他相关疾病最重要的生理指标。常见的呼吸速率和心率测定方法通常采用接触式的手段，比如压力传感器法、呼吸感应体积描记法、心电图等。接触式的测量方式对于婴幼儿等患者实施困难；对于大面积烧伤、烫伤患者容易产生二次伤害。随着科技的进步，基于超宽带雷达的非接触式测量方式能够弥补以上不足，具有广阔的发展前景和应用价值。

超宽带(UWB)雷达是指雷达发射信号的分数带宽(FBW)大于0.25的雷达。超宽带雷达测定生理特征方法是一种新兴的非接触式生理信号检测方法。人在静止时，胸部表面因呼吸和心跳产生周期性的振动，超宽带雷达传感器能够获取这些振动的信号。从这些信号中，通过一定的信号处理方法，可以提取出与人体心肺活动有关的信息，包括心率、呼吸速度等。这些信息可用于日常的生理特征测量和健康监测。

因此，针对现有技术中存在缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，提高检测的准确性，降低计算的复杂度，确保检测的实时性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在缺陷，提出一种基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法。使用超宽带雷达，依据人体心肺活动的特点，通过信号处理方法，实现高精度低计算复杂度的呼吸速率和心率测定。

本发明的技术方案为：

基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法，包括如下内容：使用超宽带雷达传感器发射无线电波，直射人体胸部，胸部表面因呼吸和心跳产生周期性的振动，根据人体特点，雷达回波中主要是这些振动的信号，对原始雷达回波信号分别进行巴特沃斯带通滤波器进行带通滤波得到呼吸运动和心跳运动的特征信号，分别对两种特征信号应用汉宁窗平滑降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法处理，分别复原呼吸运动和心跳运动，从而实现呼吸速率和心率的测定。

所述数字信号处理的方法包括巴特沃斯带通滤波器进行带通滤波、Min-Max归一化方法增强信号、汉宁窗平滑降噪、快速傅里叶变换得到频域信号、频域信号幅值计算从而得到呼吸速率和心率的测定结果。

本发明的有益效果是：1、本发明的测定方法通过非接触式的发射和接收超宽带雷达信号来实现，避免了接触式必须与人体的直接接触的局限性，能够适用于特殊人群和特殊环境的人体呼吸速率和心率的测定。2、通过信号滤波、降噪和信号增强方法，提高了结果的精度，具有较强的鲁棒性。3、本雷达信号功率远远低于常用的无线通信设备，对人体无害。 4、本发明的方法实现简单、稳定，计算复杂度低，具有较好的实用性。

附图说明

图1为本发明实施示例图；

图2为人呼吸运动引起胸部变化的示意图；

图3为基于超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法的流程图；

图4为超宽带雷达回波信号中人胸部信号强度的变化图。

具体实施方式