【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及毫米波雷達(dá)領(lǐng)域、無線傳感器領(lǐng)域和心跳監(jiān)測領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、心跳作為最重要的生命指標(biāo)之一，不僅能反映人的身體狀況，還能反映人的心理變化。傳統(tǒng)上，連續(xù)心跳監(jiān)測需要接觸式傳感器，如心電圖或脈搏血氧儀。雖然這些傳感器可以獲得非常準(zhǔn)確的心跳波形，但它們給人類帶來了很大的不便，特別是那些燒傷和感染的人。為了克服接觸式傳感的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無所不在的心跳監(jiān)測，近年來提出了許多非接觸式心跳監(jiān)測系統(tǒng)。
2、非接觸式心跳監(jiān)測可以基于不同的信號，如聲音、可見光、紅外、電磁波等。與其他類型的信號相比，電磁波在隱私保護(hù)和環(huán)境魯棒性方面具有明顯的優(yōu)勢。多種系統(tǒng)使用電磁波來檢測心跳，如wifi、超寬帶雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。其中毫米波雷達(dá)具有波長最短、帶寬最大、感知能力最細(xì)粒度的特點(diǎn)，能夠達(dá)到最佳的心跳監(jiān)測精度。
3、近年來，許多基于毫米波雷達(dá)的心跳監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)被提出。例如，加拿大公立大學(xué)的hajar?abedi等人在ieee?sensors發(fā)表的一篇名為non-visual?and?contactlesswellness?monitoring?for?long?term?care?facilities?using?mm-wave?radar?sensors的論文中采用順序深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)了心跳波形。北京郵電大學(xué)的li?tao等人在ieeeinternet?of?things?journal發(fā)表的一篇名為a?novel?heart?rate?estimation?methodexploiting?heartbeat?second
4、然而，在研究對象距離雷達(dá)較遠(yuǎn)且偏離雷達(dá)時，上述方法會對重構(gòu)心跳波形產(chǎn)生較大的誤差。在實(shí)際情況中，研究對象的位置經(jīng)常發(fā)生變化，大多數(shù)情況下距離雷達(dá)較遠(yuǎn)且偏離雷達(dá)。本專利技術(shù)的目的是在這種人體與雷達(dá)距離較遠(yuǎn)且偏離雷達(dá)的情況下重構(gòu)更準(zhǔn)確的心跳波形。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、當(dāng)研究對象與毫米波雷達(dá)遠(yuǎn)離并且偏離時，現(xiàn)有方法不能保證心跳波形重構(gòu)的準(zhǔn)確性。為了使在長距離和大偏差角度下重構(gòu)準(zhǔn)確的心跳波形，本專利技術(shù)在基于mimo毫米波雷達(dá)的心率估計(jì)方法mmheart上進(jìn)一步提出了一種基于mimo毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的方法首先通過帶通濾波器對估計(jì)心率對應(yīng)的相位差信號進(jìn)行濾波。然后，通過波谷檢測對濾波后的相位差信號進(jìn)行分割。接著，構(gòu)建心跳波形模板并且在分割的基礎(chǔ)上重采樣模板。最后，對每個分段的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，得到重構(gòu)的心跳波形。具體的技術(shù)方案如下：
2、本專利技術(shù)是一種基于mimo毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，具體包括以下步驟：
3、步驟1：通過帶通濾波器對估計(jì)心率對應(yīng)的相位差信號進(jìn)行濾波；
4、步驟2：通過波谷檢測對濾波后的相位差信號進(jìn)行分割；
5、步驟3：構(gòu)建心跳波形模板并且在分割的基礎(chǔ)上重采樣模板；
6、步驟4：對每個分段的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，得到重構(gòu)的心跳波形。
7、在步驟1中，通過帶通濾波器對估計(jì)心率對應(yīng)的相位差信號進(jìn)行濾波，具體為：
8、步驟1-1：得到估計(jì)心率fi,j,n對應(yīng)相位差信號，其中i,j表示通道(ti,rj)，n為通道(ti,rj)中第n個距離倉，對于每個通道(ti,rj)，ti代表第i根發(fā)射天線,rj代表第j根接收天線，(ti,rj)代表第i根發(fā)射天線和第j根接收天線之間的通道；
9、步驟1-2：用帶通濾波器對fi,j,n對應(yīng)的相位差信號濾波，獲得更純凈的信號，即獲得估計(jì)心率fi,j,n附近頻率范圍更小的信號。
10、進(jìn)一步地，在步驟2中，通過波谷檢測對濾波后的相位差信號進(jìn)行分割，具體為：
11、步驟2-1：找出濾波后相位差信號中的所有波谷。每個波谷可以看作是當(dāng)前段的起始點(diǎn)和上一段的結(jié)束點(diǎn)。
12、步驟2-2：依次計(jì)算相鄰波谷之間的時間差，若相鄰兩個波谷的時間差小于預(yù)設(shè)閾值δtv，則認(rèn)為后一個波谷為假波谷，將其從波谷集合中去除。
13、步驟2-3：基于剩下的波谷得到一個分段集合s＝{s1,s2，…，sg}，其中s1、s2和sg分別表示第1個、第2個和第g個分段的濾波后相位差信號，每個分段的長度集合為{|s1|，|s2|，…，|sg|}，其中|sg|＝lg-lg-1，lg-1和lg分別為第g段的開始時間和結(jié)束時間，其中1≤g≤g，g為所有分段的數(shù)量。
14、進(jìn)一步地，在步驟3中，構(gòu)建心跳波形模板并且在分割的基礎(chǔ)上重采樣模板，具體為：
15、步驟3-1：用脈搏血氧儀測量人類真實(shí)的心跳波形，并捕獲該波形的一個周期作為心跳波形模板μ；
16、步驟3-2：對應(yīng)于s的每一段，以重采樣率|sg|/|μ|對μ進(jìn)行重采樣，得到μg，即重構(gòu)心跳波形的第g段，可以表示為μg＝ω(μ,|sg|)，其中ω(μ,|sg|)表示將模板μ重新采樣到段sg的長度，1≤g≤g。
17、進(jìn)一步地，在步驟4中，對每個分段的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，得到重構(gòu)的心跳波形，具體為：
18、步驟4-1：基于波谷檢測只能得到每個心臟周期的粗略起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，使得重構(gòu)的心跳波形與濾波后的相位差信號不對齊，如圖2所示。為了將重構(gòu)的心跳波形與濾波后的相位差信號對齊，我們對s中每段的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。微調(diào)可以構(gòu)造為一個優(yōu)化問題，它可以表示為其中l(wèi)g表示sg+1的起始點(diǎn)和sg的結(jié)束點(diǎn)，tpeak(μg)-tpeak(sg)表示μg與sg峰值處的時間差；
19、步驟4-2：在每次迭代中，根據(jù)最新的分割更新重構(gòu)的心跳波形，然后更新重構(gòu)的心跳波形的峰值與濾波后的相位差信號的時間差，通過多次迭代，最終得到重構(gòu)的心跳波形，如圖3所示。
20、本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)充分利用了mimo毫米波的多個通道的雷達(dá)數(shù)據(jù)，以較低的復(fù)雜度解決了當(dāng)研究對象距離較遠(yuǎn)且偏離雷達(dá)的情況下重構(gòu)心跳波形誤差較大的問題。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于MIMO毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述心跳波形重構(gòu)方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述步驟1具體包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述步驟2具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述步驟3具體包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述步驟4具體包括如下步驟：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于mimo毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述心跳波形重構(gòu)方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于mimo毫米波雷達(dá)信號的心跳波形重構(gòu)方法，其特征在于：所述步驟1具體包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于mimo毫米波雷達(dá)信號的心跳...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧玲，桂林卿，郭政鑫，盛碧云，肖甫，
申請(專利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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