[发明专利]一种基于微波雷达的生命体征测量方法及系统

说明书

本发明涉及雷达生命探测技术和信号处理技术领域，尤其涉及一种基于微波雷达的生命体征测量方法及系统。该方法利用雷达发射的连续正弦波信号遇到运动物体反射后的多普勒效应计算呼吸率和心率，由于反射波相位中包含多种运动成分，该方法采用小波分解的方法分析反射信号相位的频谱特性，通过重构的方法计算呼吸率，并通过自相关分析与重构的方法计算心率。由于心跳幅度较小，检测结果容易受到体动干扰的影响，通过小波分解、重构的方法滤除部分非心率信号成分，利用心率频率范围内的各层小波系数自相关性分析，剔除体动信号的影响，提高了心率测量的准确性和稳定性。

技术领域

本发明涉及雷达生命探测技术和信号处理技术领域，尤其涉及一种基于微波雷达的生命体征测量方法及系统。

背景技术

中国发明专利说明书CN106821347B公开了一种无接触心率和呼吸率计算方法，该方法利用反射信号相位小波分解重构的方法提取心跳和呼吸成分，利用自适应滤波方法滤除小波系数中的杂波，使得最终计算更加准确。该方法的不足之处是自适应滤波计算过程比较复杂，占用计算机硬件资源较多。

中国发明专利说明书CN109875529B公开了一种心率和呼吸率计算方法，该方法通过时域滑动平均差值滤波，傅里叶变换后，频域滑动平均差值滤波，然后再对信号进行滑动平均滤波，最后对信号进行谐波倍数循环检测，提取呼吸率和心率。该方法的不足之处是计算过程需在频域时域范围内多次滤波，计算过程较复杂。

中国发明专利说明书CN109965858B也公开了一种心率和呼吸率计算方法，该方法首先对反射信号进行预处理，然后利用卷积神经网络模型计算呼吸率和心率。不足之处是神经网络方法需要大量数据预先训练模型，而且模型精度与训练数据量有关，过程较为复杂。

针对上述现有技术的缺陷，本发明采用小波分解、重构的方法计算心率和呼吸率。将小波系数频率在呼吸频率范围内的层级保留，然后重构计算呼吸率，对于心率，由于心跳位移小，受体动干扰影响较大，本发明采用自相关分析的方法判断小波系数是否包含心跳成分，相关系数大于阈值层级保留，然后重构计算心率。自相关分析计算简单，起到滤波作用，滤除噪声对心率计算的干扰。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出一种基于微波雷达的生命体征测量方法及系统。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：

根据本发明的第一个方面，公开了一种基于微波雷达的生命体征测量方法，包括以下步骤：

通过雷达向受试者发射信号，接收反射信号并计算反射信号的相位；

采用小波分解的方法分析反射信号相位的频谱特性，通过重构的方法计算呼吸率。

进一步地，还包括采用自相关分析的方法去除干扰信号，并通过重构的方法计算心率。

进一步地，所述通过雷达向受试者发射信号，接收反射信号并计算反射信号的相位包括如下子步骤：

雷达发射信号设为：G(t)＝cos(2πft+θ(t))，其中f表示发射信号频率，t表示时间，θ(t)表示噪声对信号相位的干扰；

假设雷达到受试者胸腔的距离为L₀，呼吸和心跳使胸腔产生位移为S(t)，则雷达信号从发射到接受传播距离为：L(t)＝2L₀+2S(t)；

假设雷达t时刻发射信号，则t+L(t)/c时刻接收到反射信号，其中c＝λ·f，c表示光速，λ表示雷达信号波长；

计算得到反射信号相位：Γ(t)＝4πfS(t)/c+β+Δθ(t)，其中β表示测量信号初始相位，Δθ(t)表示初始相位噪声。

进一步地，优选地通过变频变换、解调和反三角变换计算得到反射信号相位。