[发明专利]一种LMS自适应滤波PPG信号心率提取方法

权利要求书

1.一种LMS自适应滤波PPG信号心率提取方法，用于在PPG心率传感器采集到的信号中提取出人体心率值的近似值，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用人体心率值正常范围构造出带通滤波器，将原始PPG信号经过带通滤波器滤除人体心率值正常范围外的带外噪声，得到预处理信号D；

步骤2、在心率传感器采集信号时利用三轴加速度传感器同步采集XYZ三轴加速度数据，利用XYZ三轴加速度数据分别构造LMS自适应滤波器的参考信号，并级联成三通道级联型LMS自适应滤波器，将步骤1得到的预处理信号D作为三通道级联型LMS自适应滤波器的输入，得到滤波器响应Y；

步骤3、利用谱峰追踪心率算法根据步骤2得到的滤波器响应Y计算出PPG心率值，并经三点滑动平均算法和限定公式优化得到步骤1中原始PPG信号对应的心率值。

2.根据权利要求1所述的一种LMS自适应滤波PPG信号心率提取方法，其特征在于：所述原始PPG信号为传感器采集的N通道信号的均值，步骤1中，所述带通滤波器为H(f)：ω表示原始PPG信号的频率。

3.根据权利要求1所述的一种LMS自适应滤波PPG信号心率提取方法，其特征在于：步骤2中，所述三通道级联型LMS自适应滤波器的滤波过程包括以下步骤：

步骤201、计算第n次迭代时LMS自适应滤波器对所述三轴加速度传感器获得的加速度输入信号ACC(n)的响应y(n)，y(n)＝ω(n)ACC(n)，式中，ω(n)表示第n次迭代的系数向量；

步骤202、计算响应y(n)和期望信号D(n)的误差值e(n)，e(n)＝d(n)-y(n)；

步骤203、根据误差值e(n)调整系数向量：ω(n+1)＝ω(n)+μ(n)e(n)x(n)，式中，μ(n)是第n次迭代的步长因子，收敛的条件为0＜μ(n)＜1/λ_max，λ_max是加速度输入信号ACC(n)自相关矩阵的最大值，每一级LMS自适应滤波器的误差值e(n)作为下一级LMS自适应滤波器的期望信号D(n)。

4.根据权利要求1所述的一种LMS自适应滤波PPG信号心率提取方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

步骤301、将所述滤波器响应Y在时域分解为a个长度为h的时间窗，各个时间窗之间的不仅时间为s，每次对单独的时间窗内的滤波器响应Y信号进行N_F点的离散傅里叶变化求对应的频谱；

步骤302、将前一时间窗口的估计心率N₀的频谱位置作为参考，并且搜索区域P₀＝[N₀-Δ_s，...，N₀+Δ_s]内最高谱峰位置N_cur，式中，Δ_s表示10；

步骤303、计算心率值的估计值计算公式为：式中，F_s表示滤波器响应Y的采样频率，

步骤304、进行三点滑动平均算法，计算公式如下：

式中，B_-1和B_-2表示前两个连续时间窗口的估计心率值；α、β、γ表示0.9、0.05、0.05；

步骤305、进行限定公式优化，限定公式为：

式中，λ_inc和λ_dec表示限定常数，为经验常数；B_est表示最终得到的心率值；