[发明专利]超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，属于雷达监测技术领域。

背景技术

雷达式生命探测技术是一种是以生命体为探测目标，可穿透非金属介质(砖墙、废墟等)非接触、远距离探测人类生命参数(呼吸、心跳、体动等)的一种新兴技术。

现行的雷达式生命探测技术以对人体目标的探测识别为主，主要解决废墟压埋或者穿墙情况下人体目标的有无和位置等的探测，用于指导救援。到目前为止，运用雷达技术进行人体生理参数的监测(监护)的还不多见。申请号为200680025633.1的中国专利采用点频连续波雷达技术研制了非接触心脏测量和心脏监护装置，可以实现对受检者心跳的远程监护，但是其穿透能力有限，而且也不能对呼吸等其他生理参数进行非接触监测。

发明内容

为了增强这类设备的穿透能力，并能检测到呼吸信号，本发明开发了一种超宽谱(UWB)雷达式非接触生命参数实时监测方法。

一种超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，包括UWB雷达前端、信号处理显示单元，UWB雷达前端和信号处理显示单元之间通过无线路由器连接；所述UWB雷达前端包括一个发射天线、一个接收天线、编码器、振荡器、脉冲发生器、延时电路、距离门产生器、积分取样器、放大滤波电路、自动增益控制电路、选频、信号分离电路和DSP；所述编码器控制所述振荡器产生脉冲信号，该脉冲信号触发脉冲发生器产生电磁窄脉冲，并通过所述发射天线辐射出去；反射信号经过所述接收天线送到积分取样器，由振荡器产生的脉冲信号同时送往延时电路、距离门产生器产生距离门，对接收信号进行选择，信号通过积分取样电路，经过积累后微弱信号被检测出来，并经由放大滤波电路进行放大、滤波得到雷达回波信号，所述雷达回波信号经自动增益控制电路来对超宽谱雷达回波信号的衰减进行补偿和修整放大，所述补偿放大后的信号经过选频、信号分离电路进行进一步滤波降噪和分离形成呼吸、体动两路信号，最后经过A/D采集模块采样后送入DSP，经由无线路由器发送给所述的信号处理显示单元，由信号处理显示单元对补偿后的雷达回波信号进行分析处理和计算，最终得到实时的人体目标各项生命参数。

所述的超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，所述自动增益控制电路通过两次自动可变增益设置，来对雷达接收到的目标信号进行补偿放大，具体方法是：先在增益为1时，采集一定时长的回波信号，获得背景参数，将监测距离平均分为8段，根据信号随距离衰减的程度，产生8个增益值；然后由DSP拟合出自动增益曲线，通过D/A转换电路送到自动增益控制电路中进行回波信号的分段增益放大；在第一次增益的基础上，再采集一定时长的回波信号，将监测距离平均分为8段，根据相同的原则，第二次产生8个增益值；然后将第一次和第二次的8个增益值相加得到新的8个增益值；最后二次拟合自动增益曲线，通过D/A转换电路送到自动增益控制电路中进行增益放大。

所述的超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，所述选频、信号分离电路包括五路带通硬件滤波器，分别为：0.05～3.3Hz、0.05～10Hz、0.05～20Hz、0.05～30Hz、0.05～40Hz，经过滤除干扰和噪声，使信号的信噪比得到大幅度提高，得到较纯正的混合信号，选频后的信号进入选频、信号分离电路内的分离电路，对混合信号进行分离处理，形成呼吸、体动两路信号，两路信号经过各自输出级送往A/D采集模块进行采样和后续分析处理。

所述的超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，所述信号处理显示单元包括信号预处理模块、自适应谱线增强模块、二次低通滤波和放大模块、波形显示模块和呼吸率计算模块。

所述的超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，所述信号预处理模块的信号与处理方法包括抽点、滑动减平均、低频数字滤波和放大。

所述的超宽谱雷达式非接触生命参数实时监测方法，所述二次低通滤波和放大模块采用0～0.4Hz、121阶的FIR低通滤波器，并采用hanning窗函数法设计滤波器系数。

该方法可以在穿透较厚的非金属障碍物情况下，实现对人体的呼吸、体动信号以及呼吸率等生理参数的实时、非接触监测。主要用于病房中大面积烧伤等不适合接电极和传感器病人的生理参数监护，也可以对在地震等灾害中被埋伤员(短时间内无法救出)进行非接触实时监测，为实施医学救援的搜救人员随时了解被救援对象的生命体征状况提供必要的参考。

附图说明

图1为超宽谱雷达式生命参数实时监测系统原理框图；

图2为自动增益曲线；

图3为自由空间无人体目标回波图；

图4为穿墙无人体目标回波图；