【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及心率測量領域，具體涉及一種基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法及系統。
技術介紹
1、心率是評估人體健康狀況的重要生理指標，它不僅反映了心臟功能的狀況，也能夠揭示身體對各種內外環境變化的適應性。正常情況下，心率會根據人體活動的強度、情緒狀態、藥物使用、甚至是氣候條件的變化而波動。穩定的心率和合理的變化范圍通常與良好的心血管健康和較低的疾病風險相關聯。
2、傳統的心率檢測設備主要基于心電圖或光電體積描記法進行心率測量。這些設備必須與受試者的身體表面進行物理接觸，佩戴容易引起不適，很難用于嬰兒或皮膚燒傷的患者。
3、隨著雷達技術的發展，雷達被應用于生命體征檢測領域。與傳統的非接觸式檢測技術相比，基于雷達的非接觸式生命體征檢測技術具有更強的穿透能力和抗干擾能力。它可以通過發射低能量電磁波來非接觸地監測身體器官的內部生理運動，還可應用于睡眠質量監測、老年人防摔監測。近年來，毫米波雷達心率監測的各階段數據處理算法得到優化。
4、雷達信號的預處理步驟對于實現高精度、穩定性的心率監測尤為關鍵，特別是在復雜的環境條件下，如在家居監測、醫院病房以及運動場景中，預處理的質量直接影響最終心率檢測的效果和可靠性。因此，信號預處理階段在整個毫米波雷達心率監測系統中占有舉足輕重的地位。在信號預處理階段，相位提取技術用于從基帶i/q信號中提取反映人體生命體征信息的相位信號。現有相位提取方法如反正切解調，擴展的dacm算法能夠消除部分噪聲，獲得較清晰的相位信息，但是只提取單一距離單元的相位信息。當雷達
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有問題，提供一種利用毫米波雷達進行心率檢測的方法和系統。此方法旨在抑制低信噪比和劇烈呼吸引起的目標域變化，獲取更加準確的胸腔位移信息，進而提高心率估計的精度。有效趨勢評估部分，在提取相位信息(包括心跳和呼吸信息)時按權重配比處理信息來疊加相位信息，并提取人體的所在區域作為有效點區域，避免了目標域變化帶來的相位信息不連續問題。考慮到呼吸諧波信息是影響心率檢測的主要影響，我們引入呼吸諧波消除部分。根據呼吸頻率倍頻得到諧波頻率，使用自適應陷波濾波器進行抑制，以降低呼吸諧波對心率估計的影響。此外，在心率估計部分中，利用差分增強算法計算相位信號的一階和二階差分，根據頻譜峰值頻率與平均幅度的比值選擇差分信號進行心率估計。
2、本專利技術采用以下技術方案實現：
3、一種基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，包括如下步驟：
4、s1：有效點相位評估：獲取包含人體信息的有效距離范圍內的相位信息；
5、s11：毫米波雷達獲取回波信號，利用正交混頻器下變頻將所述回波信號轉換為基帶i/q信號；
6、s12：以基帶i/q信號的峰值距離單元為中心，截取信號強度大于閾值的有效距離范圍內的相位變化信息，結合有效距離范圍內的加權因子得到加權的相位變化信息；將每一幀加權的相位變化信息進行累加得到連續的相位信息；
7、s2：呼吸諧波濾除：對相位信息進行譜分析獲取呼吸頻率，計算呼吸諧波頻率，利用基于最小均方根的陷波濾波器抑制呼吸諧波；
8、s3：心率估計：
9、s31：使用差分增強算法計算呼吸諧波濾除后的相位信息的一階差分信息和二階差分信息；
10、s32：比較呼吸諧波濾除后的相位信息頻譜的峰值與平均幅度，選擇一階或二階差分信息進行心跳頻率的計算。
11、上述技術方案中，進一步地，所述步驟s12具體為：
12、將輸入信號幅度最大的距離單元作為人體所在的距離索引，以所述距離單元為中心，以apeak為幅值，確定范圍邊界d＝γapeak，/為邊界參數，得到有效距離范圍；根據所述有效距離范圍內的相位變化信息和加權因子，計算加權的相位變化信息w(t，di)表示t時刻距離坐標di處的加權因子，δφ(t，di)表示t時刻距離坐標di處的相位變化信息，im(δφ(t，di))和re(δφ(t，di))分別表示t時刻距離坐標di處的相位變化信息的虛部和實部；將每一幀加權的相位變化信息進行累加得到連續的相位信息。該步驟按權重配比處理信息來疊加每個有效點的相位信息，得到反映人體胸腔位移的相位信息，減輕了雷達接收信噪比低對接收的相位信息造成的不良影響。
13、更進一步地，所述步驟s12中：
14、所述相位變化信息從所述基帶i/q信號中提取得到，計算方法為：
15、對有效距離范圍內的每一幀信號進行低通濾波，利用當前幀和上一幀的輸入信號s(t，di)和s(t-1，di)得到每一幀信號的相位變化信息δφ(t，di)＝s(t，di)lp·s*(t-1，di)lp，其中，s(t，di)lp表示t時刻距離坐標di處的經過低通濾波的基帶i/q信號，s*(t-1，di)lp表示t-1時刻距離坐標di處的經過低通濾波的基帶i/q信號的共軛；
16、所述加權因子的計算方法為：
17、t時刻距離坐標di處的加權因子w(t，di)由相位變化信息的虛部與低通濾波的i/q信號相乘得到，w(t，di)＝|im(δφ(t，di))|·|s(t，di)lp|；其中，im(δφ(t，di))表示t時刻距離坐標di處的相位變化信息的虛部。
18、進一步地，所述步驟s2具體為：將相位信息通過帶通濾波器，獲取呼吸頻帶的信號，通帶設置為[0.1，0.5]hz；計算所述呼吸頻帶內的峰值頻率，作為呼吸頻率；對所述呼吸頻率進行倍頻得到呼吸的二次和三次諧波頻率，以呼吸的二次和三次諧波頻率的余弦信號為陷波濾波器的參考信號，相位信息作為陷波濾波器的輸入信號，進行呼吸諧波的濾除。
19、進一步地，所述步驟s31具體為：
20、對于經過呼吸諧波濾除的相位信息，使用差分增強算法計算其一階和二階導數，得到相位信息的一階差分信息和二階差分信息；具體方法為：
21、首先，計算相位信息中每個樣本點的一階差分信息x′0和二階差分信息x″0，計算方式如下：
22、
23、其中，xi(i＝-3，-2，-1,1，2,3)表示相位信息中距離當前樣本點i個時間間隔的樣本點的相位(取負值時表示該樣本點位于當前樣本點之前，取正值時表示該樣本點位于當前樣本點之后)，δt是連續樣本之間的時間間隔。
24、然后，分別將每個樣本點的一階和二階差分信息順序連接得到連續的相位差分信息，即相位信息的一階和二階差分信息。
25、進一步地，所述步驟s32具體為：
26、對濾除呼吸諧波后的相位信息進行補零后的fft計算，獲取相位信息頻譜的峰值以及平均幅度，計算二者的比值；如果比值大于閾值，選擇減輕相鄰呼吸諧波干擾影響更明顯的二階差分信息進行心跳頻率的計算；反之，選擇對帶內噪聲放大作用更小的一階差分信息進行心跳頻率的計算。
27、更進一步地，利本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟S12具體為：
3.根據權利要求2所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟S12中：
4.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：
5.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟S31中：
6.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟S32具體為：
7.根據權利要求6所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，利用一階或二階差分信息進行心跳頻率的計算，具體方法為：對一階或二階差分信息進行帶通濾波，獲取心跳頻帶的信號；計算所述心跳頻帶內的峰值頻率，作為心跳頻率。
8.一種基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量系統，用
9.根據權利要求8所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量系統，其特征在于，所述有效點相位評估模塊用于獲取包含人體信息的有效距離范圍內的相位信息，具體方法為：
10.根據權利要求8所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量系統，其特征在于，所述心率估計模塊用于計算心跳頻率，具體方法為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟s12具體為：
3.根據權利要求2所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟s12中：
4.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟s2具體為：
5.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟s31中：
6.根據權利要求1所述的基于有效點相位評估的毫米波雷達人體心率測量方法，其特征在于，所述步驟s32具體為：
7.根據權利要求6所述的基于有效點...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉威辰，沈會良，何慶麟，李翊銘，張麗梅，杜柏，師帥，袁果真，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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