[发明专利]一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备及睡眠分期方法

权利要求书

1.一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备，其特征在于：非接触式睡眠监测设备包括超宽带雷达模块、数据采集传输模块、电源模块、数据线和上位机，非接触式睡眠监测设备基于睡眠分期方法对睡眠状态进行监测分析；

所述超宽带雷达模块用于向人体发射雷达波并接收雷达回波数据；

所述数据采集传输模块用于采集雷达回波数据并传输给上位机；

所述电源模块为非接触式睡眠监测设备内的各个单元模块供电；

所述数据线同时为非接触式睡眠监测设备提供电源线和数据传输线；

所述上位机用于雷达回波数据的处理分析及睡眠分期；

睡眠分期方法首先通过非接触式睡眠监测设备采集人体躺卧时的雷达回波数据并传输至上位机，然后上位机对雷达回波数据进行去直流分量与傅里叶变换处理得到频域波形，通过频域波形分析区分体动状态；再通过对雷达回波数据进行数字滤波与傅里叶变换提取体征特征参数；最后，根据分析提取的体动状态和体征特征参数进行睡眠分期；

所述频域波形分析是指对频域波形高幅值分量占总体的比例，计算得到体动指数MI，根据体动指数MI将体动状态分成大幅度体动、正常体动与轻微体动三种状态,其中为频域波形中幅值大于一定阈值的高幅值信号的数量，为频域波信号的个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备，其特征在于：所述超宽带雷达模块包括发射单元和接收单元，其中，发射单元包括脉冲生成器和脉冲发射器，接收单元包含脉冲接收器、放大器、AD转换器和存储器。

3.根据权利要求1所述的一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备，其特征在于：所述体征特征参数是指对胸部区域的雷达回波进行处理计算得到的体征特征参数，包括呼吸率、心率以及一段时间内的呼吸率、心率的统计参数，如呼吸幅值变化值、心率幅值变化值、心率变异值、呼吸率方差、呼吸率方差和心率方差；呼吸率和心率的计算方法包括设计不同频率的数字带通滤波器对雷达回波数据进行滤波，分别得到包含呼吸率信息与心率信息的时域波形，然后对时域波形进行傅里叶变换提取呼吸率与心率。

4.根据权利要求1所述的一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备，其特征在于：所述睡眠分期方法是指上位机基于所述雷达回波数据并融合体动状态和体征特征参数的机器学习建立睡眠分期模型，睡眠分期模型根据计算得到的体动指数和体征特征参数的权重建立，睡眠监测时采用睡眠分期模型对实时的雷达回波数据进行处理后将睡眠状态分成清醒、浅度睡眠和深度睡眠。

5.一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠分期方法，利用权利要求1所述的一种基于超宽带雷达的非接触式睡眠监测设备，其特征在于：包括以下工作步骤：

步骤101：非接触式睡眠监测设备接通电源，上电操作；

步骤102：对非接触式睡眠监测设备进行初始化设置；

步骤103：用户躺卧在床上，非接触式睡眠监测设备发射雷达波并接收雷达回波；

步骤104：非接触式睡眠监测设备将采集到的雷达回波数据通过数据线传输至上位机；

步骤105：上位机对雷达回波数据进行去直流分量处理；

步骤106：通过傅里叶变换处理得到频域波形，采用频域波形分析计算体动指数MI，根据MI值将体动状态分成大幅度体动、正常体动与轻微体动三种状态；

步骤107：设计不同频率的数字带通滤波器对雷达回波数据进行滤波，分别得到包含呼吸率信息与心率信息的时域波形，然后对时域波形进行傅里叶变换，选取频域波形中幅值最高的频率作为这段时间内的呼吸率与心率；

步骤108：从已得到的呼吸率与心率中，提取当前一段时间的呼吸率和心率的统计参数，如呼吸幅值变化值、心率幅值变化值、心率变异值、呼吸率方差、呼吸率方差和心率方差，组成体征特征参数；

步骤109：根据体动指数和体征特征参数，将睡眠状态分成清醒、浅度睡眠和深度睡眠。