[发明专利]基于正交解调脉冲超宽带雷达探测人体呼吸率心率的方法

说明书

本发明公开了基于正交解调脉冲超宽带雷达探测人体呼吸率心率的方法，包括：脉冲超宽带雷达初始化；将脉冲信号发射出去，接收回波信号；通过模数转换得到回波原始数字采样后的信号，并转换为正交解调的雷达回波I/Q信号；获得得到相位差；进行加权平均，得到待测对象胸腔与雷达天线距离变化的数据；获得一个序列数据；进行离散傅里叶变换得到距离变换的频域信号；取得信号在心跳频率范围和呼吸频率范围内的峰值对应的频率，作为对应的待测对象的心跳和呼吸频率。该方法基于正交解调的脉冲超宽带雷达测量人体胸腔由呼吸和心跳产生的规律性移动来得到人体的呼吸率和心率。相比与传统的滤波器，该方法降低了计算复杂度，提高了心率检测的显著程度。

技术领域

本发明属于非接触式生理指标测量领域，特别涉及一种基于差分的正交解调脉冲超宽带雷达探测人体呼吸率心率的方法。

背景技术

非接触式测量可以规避接触方测量带来的诸多不便。专利公开号为：CN108577815A使用巴特沃斯带通滤波器，复杂度比较高。对于非差分的测量方法，由于呼吸率和心率之间存在的关系，导致呼吸信号的谐波会对心率的测量存在很大的影响。

因此，现有技术中，使用超宽带雷达的人体呼吸速率和心率的测定方法，计算过程复杂度较高，还存在准确性有待提升的空间。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的基于正交解调脉冲超宽带雷达探测人体呼吸率心率的方法，本发明基于正交解调的脉冲超宽带(IR-UWB)雷达测量人体胸腔由呼吸和心跳产生的规律性移动来得到人体的呼吸率和心率，实现在低计算复杂度的情况下测量值准确性较高。

本发明实施例提供基于正交解调脉冲超宽带雷达探测人体呼吸率心率的方法，包括以下步骤：

S10、脉冲超宽带雷达初始化，设置脉冲重复频率为10Hz；

S20、通过天线将脉冲信号发射出去，接收反射回到雷达天线的回波信号；

S30、通过模数转换得到接收后的回波原始数字采样后的信号，并转换为正交解调的雷达回波I/Q信号；

S40、对当前得到的I/Q信号与上一次I/Q信号的共轭相乘，得到相位差；

S50、将所述相位差进行加权平均，得到待测对象胸腔与雷达天线距离变化的数据；

S60、根据待测对象胸腔与雷达天线距离变化的数据，获得一个序列数据；对所述序列数据进行离散傅里叶变换得到距离变换的频域信号；

S70、根据所述频域信号，获得信号在心跳频率范围和呼吸频率范围内的峰值对应的频率，作为对应的待测对象的心跳和呼吸频率。

在一个实施例中，所述步骤S30，包括：

S31、在两次脉冲发射的时间之间取预定时间段进行采样并量化；所述预定时间段的选取与人体位置相关；

S32、通过直接数字混频法或FFT变换法，得到正交解调的雷达回波I/Q信号；不同脉冲发射周期之间的信号构成信号矩阵，记为y[n,x_i],n为不同的脉冲周期；x_i为回波信号的位置，表示对应的距离门。

在一个实施例中，所述步骤S40，包括：

对当前这一次脉冲发射得到的I/Q信号与上一次脉冲发射得到的相同距离门对应的I/Q信号的共轭值相乘，得到相位差，

在一个实施例中，所述步骤S50中待测对象胸腔与雷达天线距离变化的数据为：

(1)式中，Δd表示胸腔与雷达天线距离；λ表示雷达发射的信号的半波长，表示相位差的加权平均；

将所述相位差进行加权平均的计算公式为：