[发明专利]一种非接触式呼吸实时监测方法及采用该方法的硬件系统

说明书

本发明公开了一种非接触式呼吸实时监测方法，包括以下步骤：S1.利用毫米波雷达实时采集电磁回波数据，根据回波提取周围环境中物体的时间分布、空间分布；S2.根据时间差分数据判断人体所处的范围与分布，并抽取关键峰值点；S3.然后根据关键峰值点相位计算呼吸运动波形与呼吸频率，并计算异常性指标。本发明属所公开的非接触式呼吸实时监测方法，可以实时的测量并输出监测对象的呼吸生理行为，并可应用于检测用户的呼吸频率与呼吸异常监测报警。本发明安装简单、使用方便，可以实时、高精度的输出用户的呼吸波形，分析呼吸异常，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

技术领域

本发明属于非接触式传感器领域，具体涉及一种非接触式呼吸实时监测方法及采用该方法的硬件系统。

背景技术

在老年照护中，最重要的环节之一就是对老年人生命安全的照护。如何全面地对老年人的行动安全与睡眠安全进行实时监测，是养老安全问题的关键所在。如果没有先进的、系统的、完善的测量方法来对老年人的生命体征与异常事件进行监测，就可能会错过黄金时间。目前，针对老年生命安全的监测设备相对不完善，导致对照护工作中的人力成本与人工压力较大，大大增加了照护难度与有效照护的局限性。

现有的监测方式中多使用生物电传感器、流量传感器、压力传感器、运动传感器、摄像头等进行呼吸监测，但是如专利号201310167857.8使用生物电信号的方式往往需要向被测试者身体表面贴电极，会受到传感器与电缆等的限制；如专利号201410815455.9使用流量传感器需要穿戴监测设备，容易受到漏气、舒适性与适用性等方面的限制；如专利号201480005900.3使用压力传感器往往存在蠕变、漂移或者接触摩擦等问题，长期容易影响传感器的测量精度、使用寿命与使用舒适性；如专利号200980117326.X使用惯性传感器测量呼吸运动的方式，需要被监护对象穿戴传感设备，在睡眠过程中会由于体姿变化而影响睡眠舒适性与测量效果；如专利号201610162800.2使用摄像头等视觉设备往往容易受到实际中被子等干扰因素的影响，并且可能涉及隐私问题，实际应用中也存在不小的限制。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中寿命短、抗干扰性低、误报率高等缺陷，并提供一种新型的用于非接触式设备的呼吸实时监测方法及采用该方法的硬件系统。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：

一种非接触式呼吸实时监测方法，包括以下步骤：

S1.利用毫米波雷达实时采集电磁回波数据，根据回波提取周围环境中物体的时间分布、空间分布；

S2.根据时间差分数据判断人体所处的范围与分布，并抽取关键峰值点；

S3.然后根据关键峰值点相位计算呼吸运动波形与呼吸频率，并计算异常性指标。

通过采用上述技术方案，采用非穿戴式、非接触式的方式可监测用户的呼吸异常性指标，不影响监测对象的生活，使用方便，易于推广。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述回波经过AD转换后为复数原始数据，每一帧的连续回波数据经过对时间轴进行快速傅里叶变换后为三维复数组s(x,y,k_r,t)，其中，x为天线阵列横向索引，y为天线阵列竖向索引，k_r为不同距离的索引，t为时间；然后计算各个方向的空间分布：

其中，x_max,y_max分别为天线阵列中横向天线与纵向天线个数，为天线阵列横向轴与雷达-物体连线的夹角索引，k_θ为天线阵列纵向轴与雷达-物体连线的夹角索引，j是指复数的虚部单位。通过采用上述技术方案，计算的k_θ分别为方位角和俯仰角的两个视角方向维度，便于后续步骤的运算和处理。