[发明专利]一种基于线谱跟踪的生命信号特征提取方法

说明书

本发明公开了一种基于线谱跟踪的生命信号特征提取方法，包括：对目标胸腔运动进行建模；雷达连续发射N个调频信号，对回波信号混频获得IF信号并获取目标相位，构成长度为N的相位向量Φ；对Φ做STFT，获得时频谱矩阵P_s；构建第一HMM模型Γ₁；将P_s划分成Q组，每组数据作为观测量序列，利用Viterbi算法计算Γ₁观测量序列对应的最优状态序列，得到各时刻呼吸频率所在的频率单元；将P_s中对应呼吸频率的多次谐波分量的元素置零，得到第二时频谱矩阵P′_s，构建第二HMM模型Γ₂；将P′_s划分成Q组，每组数据作为观测量序列，利用Viterbi算法计算Γ₂观测量序列对应的最优状态序列，得到各时刻心跳频率所在的频率单元。该方法可以在非接触的情况下精确提取目标的呼吸和心跳频率。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种生命信号的特征提取方法。

背景技术

呼吸与心跳是生命体征信息的重要指标。一方面，心肺体征信息可用于判断有无生命体存在，以及生命体的基本状态；另一方面，心肺活动参数的异常往往伴随着医学上的突发紧急事件。因此实时地进行心肺体征监测在诸多场合有非常重要的实用价值。常见的生命体征信号检测方法中，用于人体呼吸检测的方法主要有：压力传感器法、温度传感器法、电阻抗式呼吸测量法、呼吸感应体积描记法；与心跳相关的检测方法有：心电图、心音、光电式脉搏波测量法等。

以上方法大多基于接触式，需要与人体皮肤相接触才能测量出生命体征参数，限制了其在一些特殊场合的应用。如在对老人的监护中，长时间佩戴仪器设备会引起监护对象的不适；对于大面积烧伤的患者，电极或传感器可能会造成二次伤害；在发生一些灾难后的搜救过程中，通过接触式的方法来检测生命体征显然是不切实际的，因此非接触式生命信号特征提取技术的发展有着非常重要的价值。

目前，利用毫米波雷达来检测生命信号特征是一种常见的方法，这是由于其具有穿透能力强、分辨率高、波长较短的特点。距离信息的微弱的变化能够使得毫米波雷达回波相位发生较大的变化，通过提取相位来进行对生命体征信号的检测是一种非常有效的方法。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种提取生命信号特征的方法，该方法能够在非接触的情况下，精确提取目标的呼吸频率和心跳频率。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种基于线谱跟踪的生命信号特征提取方法，所述生命信号为呼吸信号和心跳信号，包括如下步骤：

(1)对目标的生命信号引起的胸腔运动进行建模，得到目标与雷达的距离为：

R(t)＝R₀-a(t)

其中，R₀为目标的初始距离，a(t)为生命信号引起的胸腔运动的模型；

(2)LFMCW毫米波雷达连续发射N个调频信号，对每一个雷达回波信号进行Deramp混频处理，获得中频信号IF；

利用傅里叶变换从中频信号中获取目标的位置和相位信息，N个调频信号的回波得到N个相位信息，构成长度为N的一维向量Φ＝(φ₁,φ₂,…,φ_N)；其中φ_k为第k个调频信号回波得到的相位；

(3)设置长度为M的窗函数，重叠点数为L，对Φ进行短时傅里叶变换，获得M×K维的时频谱矩阵P_s，其中K＝fix([N-(M-L)])/L，fix表示取整操作；