[发明专利]一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法和系统

权利要求书

1.一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，具体方法步骤如下：

S1：利用人体定位与识别模块，确认监测空间内的人体姿态、数量及方位；

S2：获取监测各目标人体的最佳位置，然后分别向人体发射信号；

S3：接收天线接收携带人体呼吸信号的反射信号，并对其进行预处理；

S4：按照空间维度对预处理后的信号进行划分，并从各个空间维度中提取人体呼吸信号，然后利用VMD算法分别将其分解成相应数目的不同频率信号；

S5：去除多人信号混叠干扰，同时获取多人呼吸频率、心率；

S6：构建人体呼吸状态知识库，并利用该知识库训练呼吸状态评估模型；将获取的多人呼吸频率、心率输入训练好的呼吸状态评估模型，对人体是否处于正常呼吸状态进行评估和预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S1中人体定位与识别模块包括3D相机和红外摄像头，两者配合以确定监测空间内人体数量、姿态及每人所处空间的三维坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S2中的获取监测各目标人体的最佳位置是利用多波束天线控制单元，选取适用的波束，确定发射信号的方向和路径，获取监测呼吸和心跳的最佳位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述多波束天线控制单元通过电脉冲对多波束天线铁氧开关的激励，可使信号沿指定方向、路径和指定波束发射或接收。

5.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S3中的反射信号使用脉冲超宽带雷达对监测空间内的反射信号进行实时采集，并将反射信号组合成信号矩阵，对信号矩阵进行预处理。

6.根据权利要求5所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述对信号矩阵进行预处理包括去除直流分量、带通滤波和基于SVD方法去除杂波的信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S4中从各个空间维度中提取人体呼吸信号，然后利用VMD算法分别将其分解成相应数目的不同频率信号的方法如下：

S41：对信号进行空间维度划分；

S42：对应各目标人体的空间维度，从能量最大处提取包含呼吸频率、心率信号的回波信号f(t)；

S43：对各目标人体的回波信号分别使用VMD算法，按照人体正常呼吸信号本身固有的频域特性及天线与人体距离的远近将回波信号分解成数目确定的IMF分量；

S44：根据人体的正常呼吸频率范围、心率范围，选取频率在有效范围内的IMF分量。

8.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S5中去除多人信号混叠干扰，方法如下：

S51：将从距离雷达最近的空间维度中提取分离出来的有效频率，作为对应位置处人体的呼吸频率和心率；

S52：以近距离维度上获取的人体的呼吸频率和心率为基础，将其对应的频域信号与较远位置对应的人体呼吸信号中分解出的频率在有效范围内的IMF分量的频域信号计算相关性，并将较远位置中相关性大于一定阈值的IMF分量去除，以获取较远位置上人体的真实呼吸频率和心率，同时获取多人呼吸频率和心率。

9.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测方法，其特征在于，所述S6中构建人体呼吸状态知识库的方法如下：

S61：获取人体处在稳定姿态下的呼吸频率、心率数据；

S62：对稳定姿态下的呼吸频率、心率数据设定健康评分；

S63：对稳定姿态下的呼吸频率、心率数据，健康评分进行存储，建立人体呼吸状态知识库。

10.一种基于雷达技术的多人呼吸状态监测系统，其特征在于，包括以下几个模块：

人体定位与识别模块：通过3D相机和红外摄像头采集监测空间内的人体姿态、数量及方位信息；

天线及射频模块：根据人体定位与识别模块的采集信息，利用多波束天线控制单元，选取适用的波束、发射信号的方向和路径，获取监测呼吸和心跳的最佳位置，分别向人体发射信号，并实时接收携带人体呼吸信号的反射信号，然后将反射信号组合成信号矩阵；

呼吸信号处理模块：对信号矩阵进行预处理，按照空间维度对预处理后的信号进行划分，并从各个空间维度中提取人体呼吸信号，然后利用VMD算法分别将其分解成相应数目的不同频率信号；处理多人信号混叠的问题，在远距离位置上基于相关性去除近距离位置人体呼吸信号的混叠干扰，同时获取多人呼吸频率、心率；

人体呼吸状态评估模型构建模块：构建人体呼吸状态知识库，并利用该知识库训练呼吸状态评估模型；

人体呼吸状态预警模块：将呼吸状态评估模型的输出数据进行存储和显示，并在目标人体出现呼吸异常时发出预警。