[发明专利]基于分布式雷达的非接触式大脑认知负荷客观检测方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式雷达的非接触式大脑认知负荷客观检测方法，通过分布式雷达获取多通道雷达回波信号，筛选出呼吸信号信噪比最高的通道，对其滤波获取呼吸信号，基于呼吸信号建立支持向量机模型检测大脑认知负荷水平。步骤如下：将分布式雷达对准人体胸腔，分别采集静坐及执行认知任务期间的多通道雷达回波信号；从多通道雷达回波信号获取呼吸信号信噪比最高的通道，再通过滤波获取呼吸信号；从所得呼吸信号提取时域特征和频域特征，去除个体差异；基于去除个体差异后的时域特征和频域特征，进行特征选择，建立支持向量机模型对大脑认知负荷水平进行检测。本发明为大脑认知负荷的检测提供了一种非接触、鲁棒性强、客观的检测方法。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于分布式雷达的非接触式大脑认知负荷客观检测方法。

背景技术

随着社会向信息化的迈进，人们在工作中要处理的信息量和信息的复杂性越来越大，脑力劳动逐渐成为多数劳动者的主要劳动形式。工作对脑力需求的提高必然导致脑力负荷的增加，较高的脑力负荷会造成快速疲劳、灵活性降低、应激反应和挫败情绪，引起信息获取分析的失误和决策错误；而过低的脑力负荷会造成人力等资源浪费、引起厌恶感、导致绩效的下降。因此，测量人的脑力负荷具有越来越重要的现实意义。

目前测量脑力负荷的方法主要有三种，分别是任务绩效测量、主观评定测量和生理测量。任务绩效测量的考核过于依赖任务类型，当任务进行更改时，就需要重新确立评价，不具有普适性。主观评定测量虽然简单有效，但只能让测试者以回顾的方式进行评判，除了缺乏实时性外，所得的结论也缺乏客观性。但是这两种测量方法本质上都属于定性测量。

生理测量法是一种间接的客观测量方式，用来评估认知负荷的生理信号有心电、皮肤电、脑电、脉搏、呼吸等生理信号，但是其采集方式需要测试者佩戴很多复杂的设备，接触式传感器不仅有不便性和不适性，同时也不利于长时间的认知负荷监测。雷达以非接触方式采集人体生理信号，能有效克服接触式测量设备的上述问题。

在雷达非接触式测量生理信号中，单一雷达由于其单角度的原因，只能探测一定区域。当测试者的姿势发生改变时，其雷达回波信号信噪比下降，会极大影响生理信号的波形质量，对测试结果产生误判。因此，亟需一种鲁棒性强的装置，通过获取高信噪比的信号提升非接触式测量效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于分布式雷达的非接触式大脑认知负荷客观检测方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于分布式雷达的非接触式大脑认知负荷客观检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

S1、将分布式雷达对准人体胸腔，分别采集静坐及执行认知任务期间的多通道雷达回波信号；

S2、从多通道雷达回波信号中获取呼吸信号信噪比最高的通道，再通过滤波获取呼吸信号；

S3、从所得呼吸信号中提取时域特征和频域特征，去除个体差异；

S4、基于去除差异后的时域特征和频域特征，进行特征选择，建立支持向量机模型对大脑认知负荷水平进行检测。

进一步地，所述步骤S1中将分布式雷达对准人体胸腔，分别采集静坐及执行认知任务期间的多通道雷达回波信号的过程如下：

S101、使用包括P个雷达探头的分布式雷达，P个雷达探头分别进行分频处理，在测试者周围分布成扇形，分别采集测试者静坐状态、执行低负荷认知任务状态和执行高负荷认知任务状态下的雷达回波信号，其中，静坐状态作为基线状态，执行低负荷认知任务状态的标签设为-1，执行高负荷认知任务状态的标签设为+1，供后续分类使用。此步骤使用扇形分布式雷达，可以保证在人体朝向发生改变时，也能保证有雷达节点正面对准人体胸腔，从而获取高信噪比的呼吸信号；