[发明专利]一种从运动干扰中非接触检测微弱生命信号的方法

说明书

本发明公开了一种从运动干扰中非接触检测微弱生命信号的方法。雷达发射机向待测人体表面发射单频连续波，雷达接收机接收到受到人体运动的反射波，然后进行下变频和基带解调的信号处理，获得带有总运动信息的基带信号；对带有总运动信息的基带信号进行截取并构造一段心跳/呼吸信号模板，然后利用构造的模板对带有总运动信息的基带信号进行匹配滤波，恢复出待测人体的生命或呼吸信息。本发明通过多普勒雷达无线测量恢复人体大幅度运动时的生命信号。利用多普勒雷达获得人体运动信息和生命信号的总运动信号，利用本发明所设计的匹配滤波算法，可以准确的在大幅度人体随机晃动之中恢复出生命信号。

技术领域

本发明涉及一种探测生命信号的方法，尤其是涉及了一种从运动干扰中非接触检测微弱生命信号的方法。

背景技术

如今，探测小幅呼吸心跳信号时，大幅度人体随机晃动始终都是巨大的挑战。相比于心跳呼吸引起的毫米级别的胸腔运动，人体随机晃动能够达到数十厘米。这样一来，心跳甚至呼吸的多普勒频谱会被人体随机晃动对应的宽带噪声信号完全覆盖住。由于无意识的人体随机晃动在坐着或者站立状态下都不可避免，因此解决人体随机晃动在探测可信且稳定的小幅度生命信号中十分重要。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种从运动干扰中非接触检测微弱生命信号(例如心跳信号和呼吸信号)的方法，利用多普勒雷达从人体随机晃动中恢复出微弱的生命信号。

相比于传统去除人体随机晃动系统中复杂且昂贵的系统，本发明主要利用匹配滤波器从大幅度人体晃动中提取小幅度生命信号。经过试验验证，本发明能够不但能够在日常的人体晃动中恢复心跳呼吸信号，甚至能够在速度和幅度都比正常值大很多的人体随机晃动下恢复心跳呼吸信号。

本发明利用多普勒雷达系统恢复出目标人体的总运动，包含人体随机晃动和“依附”在其上的生命信号；然后从总运动中选取一段特殊信号片段，进行多项式拟合处理，得到更加纯净的生命信号的信号模板；最后利用模板信号，对原始信号进行匹配滤波算法，就能够从人体随机晃动中恢复生命信号。

本发明采用的具体技术方案是：

首先，雷达发射机向待测人体表面发射单频连续波，待测人体为运动中的目标人体，雷达接收机接收到受到人体运动和呼吸心跳信号同时调制的反射波，然后进行下变频和基带解调的信号处理，获得带有总运动信息的基带信号；其特征在于：

对带有总运动信息的基带信号进行截取并构造一段心跳/呼吸信号模板，然后利用构造的模板对带有总运动信息的基带信号进行匹配滤波，恢复出待测人体的生命或呼吸信息。

所述进行下变频和基带解调的信号处理，具体过程如下：

首先，反射波经过下变频处理后基带信号满足：

其中，A(t)为信号的幅度；θ₀为固定相移，与射频前端模块距离待测物体的初始距离有关；x(t)为人体总体运动信息；λ为载波波长；为相位残余噪声，可忽略不计；

然后利用正交解调的架构、运动圆心追踪算法和拓展反正切算法对基带信号的相位进行解调得到带有总运动信息的基带信号x(t)。

具体实施可采用一种用于大动态范围多普勒生物信号成像方法获得带有总运动信息的基带信号x(t)。

在本发明应用环境中，由于生命信号往往和人体随机晃动合为一个信号，因此模板信号即有用的生命信号并不能直接方便的获得。本发明发现对于来回运动的人体随机晃动信号而言，无论晃动幅度和速度多大，在人体随机晃动的变向时刻总是存在一段速度趋近于零的时间段。当这一段时间内速度都小于一定的阈值时，心跳和呼吸都没有完全被人体随机晃动淹没，能够有直接被恢复的可能。

本发明设定带有总运动信息的基带信号中包含人体随机晃动、呼吸和心跳，分解为：