[发明专利]一种稳健的毫米波雷达生命体征测量方法

说明书

本发明提出了一种毫米波雷达生命体征测量方法，该方法使用毫米波雷达测量心脏附近的胸腔皮肤起伏得到雷达原始回波信号，所述方法包括：完成对雷达原始回波信号处理，获得了被测人体目标的初始位置；获取初始位置和周围临近单元的慢时间维信号，对所述临近单元的每个位置的相位信号进行低通滤波和带通滤波，获得每个位置呼吸信号和心跳信号，对N个位置的呼吸信号和心跳信号的质量进行评估，将呼吸信号和心跳信号质量最好的位置处作为呼吸心率的测量点，并输出该位置的呼吸心率。

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种稳健的毫米波雷达生命体征测量方法。

背景技术

生命体征是人体健康评价的基础，其中，心肺参数是衡量生命体征基本状态的核心生理指标。生命体征监测技术，在监测形式上，大体可分为接触式与非接触式两类。对于某些特殊的监测场景，如：养老院护理、皮肤受损病人、传染性疾病等，非接触式体征监测方式更具优势。常见的非接触体征监测方法包括红外、视频、声波、电磁波等。本发明将聚焦毫米波雷达(电磁波)非接触式生命体征探测研究。

简单来讲，毫米波雷达是通过发射毫米波信号到探测空间并接收空间回波进行空间环境感知的。若探测空间中存在目标，则目标会产生反射信号并被雷达接收到。目标与雷达之间的距离，使得雷达发射信号与目标回波信号存在相应的时延。实际中，通过测量该时延，可推断出目标与雷达之间的距离信息。人体目标在正常呼吸时，胸腔会随着呼吸的过程产生相应的起伏，同样的，心脏的跳动亦会带来心脏外皮肤附近的振动。雷达在对人体目标进行探测时，人体胸腔的起伏和心脏的跳动会导致人体目标与雷达之间的距离发生微弱的变化。这种距离的微弱变化使得接收到的雷达信号产生相应的相位变化。通过测量该相位的变化，可估算出人体的呼吸状态与心跳状态。

中国专利公开CN112674738A公开了一种“呼吸心跳信号的检测方法与装置”，中国专利公开CN112168152A公开了“一种呼吸心跳的检测方法、检测装置与计算机可读存储介质”。该两项专利均采用直接从雷达距离维信号中选择能量最高处作为人体目标回波信号的方式确定目标位置。接着，从该人体目标回波处，提取相位信息并进行傅里叶变换，然后从频谱分布中寻找最高频点作为呼吸、心跳信号的频率估计。

在用雷达进行生命体征监测时，测量点的选取直接影响了呼吸、心跳信号的估计质量。上述两项专利中，监测点的选取方式为人体目标位置回波信号幅度最大处，即：认为回波信号幅度最大处为人体目标胸腔位置。然而，在实际中，由于雷达分辨率的限制及个体之间的差异等原因，雷达回波幅度最大处不一定是胸腔位置，进而导致呼吸、心跳信号估计不准或失效。

此外，上述两项专利中，对人体呼吸、心跳频率的估计，是对相应的信号做傅里叶变换后估计得到的。由于傅里叶变换的特点，若观测时间太短，则傅里叶变换的精度变差，导致频率估计不准；若观测时间太长，则需要被测人体长时间保持静止，增加测量难度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种毫米波雷达生命体征测量方法，该方法使用毫米波雷达测量心脏附近的胸腔皮肤起伏得到雷达原始回波信号，所述方法包括如下步骤

步骤1，对雷达原始回波信号进行处理，获得了被测人体目标的初始位置；

步骤2，以初始位置为中心，获取初始位置和周围临近单元的慢时间维信号；

步骤3，对所述临近单元的每个位置的相位信号进行低通滤波，获得每个位置呼吸信号，计算所述呼吸信号的自相关函数，在自相关函数上估计呼吸信号的周期以及呼吸信号的强度；即呼吸周期和呼吸周期强度；

步骤4，根据步骤3中的周期估计结果，如果第n个位置的呼吸周期不为零，将该呼吸周期换算成呼吸频率；并以此计算呼吸信号的信噪比；

步骤5，依据步骤3和步骤4的计算结果，如果第n个位置的呼吸周期不为零，评估第n个位置呼吸信号质量；