CN102499653A

CN102499653A - 一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统

Info

Publication number: CN102499653A
Application number: CN2011103307342A
Authority: CN
Inventors: 荆西京; 王健琪; 张华�; 吕昊; 薛慧君
Original assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Current assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明属于生命探测仪领域，提供了一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，雷达探测信号输入到起阻抗匹配作用的前置放大电路，并经过预放大电路、自动增益控制电路、低频滤波器、非线性放大器，有效地滤除了各种干扰信号，放大了雷达探测信号，提升了雷达探测信号中生命特征信号的信噪比，通过滤波器组分离出呼吸信号和心跳信号，呼吸信号增益控制电路和心跳信号增益控制电路可调整两路信号的幅值，同时经过信号调制电路，把人耳无法分辨的呼吸信号及心跳信号提升到可分辨的范围，再经电压放大电路和功率放大器后，可用作监听，有效地从包含干扰信号的雷达信号中提取出了生命信息，抑制了外界强电磁波的干扰，还原出了可靠的生命信息。

Description

一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统

技术领域

本发明属于生命探测仪领域，尤其涉及一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统。

背景技术

目前，临床上对住院病人生命体征检测和监测的方法有：

(1)护士查房检测呼吸、心跳次数等；

(2)采用仪器及相应的电极等(传感器)进行接触式监测。

本发明不需护士临床，采用非接触雷达生命检测技术，对住院病人的呼吸和心跳进行监测。这不仅减小了护士的工作量，而且不干扰处于睡眠中的病人，更重要的是可以实时、连续、随时掌握病人的状况，以便及时采取相应的医疗措施。

用于临床监测的微型、微功率雷达，要求体积小巧，便于安装而又不影响病房环境，同时要求雷达发射的电磁波功率微小，对生命体不能产生任何伤害或副作用。

雷达生命探测仪在探测过程中，雷达波是以电磁波形式发射和接收的。

雷达回波信号中含有很强的干扰信号，相比之下生命信息非常微弱，淹没在干扰信号中。因此，消除干扰信号、从强干扰信号中提取出生命信号(即信号处理)是雷达生命探测仪探测生命信号的关键，也是本发明的关键之所在。

干扰信号的来源：

生命体所处环境导致的干扰：雷达生命探测仪是在建筑物、废墟等各种复杂介质上探测生命的，由于各种介质的介电常数不同，雷达波在任何两种介质表面均会产生强反射回波，这种强回波称为强回波干扰；

外界电磁波干扰：雷达波是一种电磁波，外界的电磁波作为干扰进入雷达天线形成干扰；比如电器设备、医疗仪器等均会产生电磁波干扰。

系统干扰：雷达系统内部的元器件无法克服的因素引起的干扰，称为系统干扰。

在雷达生命体信息监测系统中，生命体信息的提取和处理至关重要。用雷达非接触检测的生命信息，十分微弱，临床环境中大型仪器设备集中，电磁波干扰对雷达非接触监测影响很大，严重时可导致监测错误的结果。这就要求生命信息提取和处理电路功能模块，能有效地从干扰信号中提取出生命信息、抑制外界强电磁波干扰，还原出可靠的生命信息。

发明内容

本发明提供了一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，旨在解决现有技术用雷达非接触检测到的生命信息十分微弱，在临床环境中大型仪器设备集中时，电磁波干扰对雷达非接触监测影响很大，严重时可导致监测结果错误，不能有效地从干扰信号中提取出生命信息，抑制外界强电磁波干扰，还原出可靠的生命信息的问题。

本发明的目的在于提供一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，该系统包括：

用于接收雷达探测信号，对所述雷达探测信号进行阻抗匹配，并对阻抗匹配后的雷达探测信号进行输出的前置放大电路；

与所述前置放大电路相连接，用于接收所述前置放大电路输出的雷达探测信号，对所述雷达探测信号进行放大，并对放大后的雷达探测信号进行输出的预放大电路；

与所述预放大电路相连接，用于接收所述预放大电路输出的雷达探测信号，对所述雷达探测信号进行放大，抑制所述雷达探测信号中的强干扰信号，提升雷达探测信号中生命特征信号信噪比的自动增益控制电路；

与所述自动增益控制电路相连接，用于接收所述自动增益控制电路输出的雷达探测信号，抑制所述雷达探测信号中的高频干扰信号，进一步提升雷达探测信号中生命特征信号信噪比的低频滤波器；

与所述低频滤波器相连接，用于接收所述低频滤波器输出的雷达探测信号，进一步抑制所述雷达探测信号中的强干扰信号，对雷达探测信号进行放大，并对所述雷达探测信号进行输出的非线性放大器；

与所述非线性放大器相连接，用于接收所述非线性放大器输出的雷达探测信号，从所述雷达探测信号中分离出呼吸信号、心跳信号，并对所述呼吸信号及心跳信号进行输出的滤波器组；

与所述滤波器组相连接，用于接收所述滤波器组输出的呼吸信号，对所述呼吸信号的幅值进行调整，提高呼吸信号的输出驱动能力，并对所述呼吸信号进行输出的呼吸信号处理模块；

与所述滤波器组相连接，用于接收所述滤波器组输出的心跳信号，对所述心跳信号的幅值进行调整，提高心跳信号的输出驱动能力，并对所述心跳信号进行输出的心跳信号处理模块；

与所述非线性放大器相连接，用于接收所述非线性放大器输出的雷达探测信号，把所述雷达探测信号中人耳无法分辨的呼吸信号、心跳信号调制到可分辨的范围，并对调制后的雷达探测信号进行输出的信号调制电路；

与所述信号调制电路相连接，用于接收所述信号调制电路输出的雷达探测信号，对所述雷达探测信号中的呼吸信号、心跳信号进行放大，并对放大后的呼吸信号、心跳信号进行输出的探测信号放大模块。

本发明提供的用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，雷达探测信号输入到起阻抗匹配作用的前置放大电路，并经过预放大电路、自动增益控制电路、低频滤波器、非线性放大器有效地滤除了各种干扰信号，放大了雷达探测信号，提升了雷达探测信号中生命特征信号的信噪比，通过滤波器组分离出呼吸信号和心跳信号，呼吸信号增益控制电路和心跳信号增益控制电路可调整两路信号的幅值，呼吸信号输出电路和心跳信号输出电路用以提高两路信号的输出驱动能力，同时经过信号调制电路，把人耳无法分辨的呼吸信号及心跳信号提升到可分辨的范围，再经电压放大电路和功率放大器后，可用作监听，有效地从包含干扰信号的雷达信号中提取出了生命信息，抑制了外界强电磁波的干扰，还原出了可靠的生命信息。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统的结构框图；

图2是图1信号处理系统的呼吸信号处理模块的结构框图；

图3是图1信号处理系统的心跳信号处理模块的结构框图；

图4是图1信号处理系统的探测信号放大模块的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1示出了本发明实施例提供的用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该系统包括：

用于接收雷达探测信号，对雷达探测信号进行阻抗匹配，并对阻抗匹配后的雷达探测信号进行输出的前置放大电路101；

与前置放大电路101相连接，用于接收前置放大电路101输出的雷达探测信号，对雷达探测信号进行放大，并对放大后的雷达探测信号进行输出的预放大电路102；

与预放大电路102相连接，用于接收预放大电路102输出的雷达探测信号，对雷达探测信号进行放大，抑制雷达探测信号中的强干扰信号，提升雷达探测信号中生命特征信号信噪比的自动增益控制电路103；

与自动增益控制电路103相连接，用于接收自动增益控制电路103输出的雷达探测信号，抑制雷达探测信号中的高频干扰信号，进一步提升雷达探测信号中生命特征信号信噪比的低频滤波器104；

与低频滤波器104相连接，用于接收低频滤波器104输出的雷达探测信号，进一步抑制雷达探测信号中的强干扰信号，对雷达探测信号进行放大，并对雷达探测信号进行输出的非线性放大器105；

与非线性放大器105相连接，用于接收非线性放大器105输出的雷达探测信号，从雷达探测信号中分离出呼吸信号、心跳信号，并对呼吸信号及心跳信号进行输出的滤波器组106；

与滤波器组106相连接，用于接收滤波器组106输出的呼吸信号，对呼吸信号的幅值进行调整，提高呼吸信号的输出驱动能力，并对呼吸信号进行输出的呼吸信号处理模块107；

与滤波器组106相连接，用于接收滤波器组106输出的心跳信号，对心跳信号的幅值进行调整，提高心跳信号的输出驱动能力，并对心跳信号进行输出的心跳信号处理模块108；

与非线性放大器105相连接，用于接收非线性放大器105输出的雷达探测信号，把雷达探测信号中人耳无法分辨的呼吸信号、心跳信号调制到可分辨的范围，并对调制后的雷达探测信号进行输出的信号调制电路109；

与信号调制电路109相连接，用于接收信号调制电路109输出的雷达探测信号，对雷达探测信号中的呼吸信号、心跳信号进行放大，并对放大后的呼吸信号、心跳信号进行输出的探测信号放大模块110。

如图2所示，在本发明实施例中，呼吸信号处理模块107进一步包括：

用于对呼吸信号的幅值进行调整的呼吸信号增益控制电路1071；

与呼吸信号增益控制电路1071相连接，用于提高呼吸信号的输出驱动能力，并对呼吸信号进行输出的呼吸信号输出电路1072。

如图3所示，在本发明实施例中，心跳信号处理模块108进一步包括：

用于对心跳信号的幅值进行调整的心跳信号增益控制电路1081；

与心跳信号增益控制电路1081相连接，用于提高心跳信号的输出驱动能力，并对心跳信号进行输出的心跳信号输出电路1082。

如图4所示，在本发明实施例中，探测信号放大模块110进一步包括：

与信号调制电路109相连接，用于对信号调制电路109输出雷达探测信号中的呼吸信号及心跳信号的电压进行放大，并对电压放大后的呼吸信号及心跳信号进行输出的电压放大电路1101；

与电压放大电路1101相连接，用于对电压放大电路1101输出雷达探测信号中的呼吸信号及心跳信号的功率进行放大，并对功率放大后的呼吸信号及心跳信号进行输出的功率放大电路1102。

在本发明实施例中，前置放大电路101还与用于采集并输出雷达探测信号的雷达探测系统相连接。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

各小模块的功能说明及整体工作原理如下：

如图1所示，雷达探测系统的输出信号送入前置放大电路101，该电路起阻抗匹配作用，由于雷达探测信号中的生命特征信号很微弱，先经过预放大电路102对信号进行放大，其后的自动增益控制电路103起抑制强干扰信号、放大微弱信号的作用，提升生命特征信号的信噪比，低频滤波器104抑制了高频干扰信号，生命信息的信噪比得到进一步提升，非线性放大器105进一步抑制了强干扰信号，放大了生命特征信号，经以上放大、处理环节后，得到信噪比较高的生命特征信号(含有呼吸和心跳的叠加信号)。

从非线性放大器105输出的信号分为两路，一路信号，经滤波器组106分离出呼吸信号和心跳信号，再经各自的增益控制电路和输出电路后输出，呼吸信号增益控制电路1071、心跳信号增益控制电路1081保证了输出的呼吸信号、心跳信号具有足够的幅值，呼吸信号输出电路1072、心跳信号输出电路1082提高了呼吸信号、心跳信号的输出驱动能力。

另一路信号，经过信号调制电路109把人耳无法分辨的呼吸信号和心跳信号调制到可分辨的范围，再经电压放大电路1101和功率放大电路1102后，用作监听。

本发明实施例所提供的用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，雷达探测信号输入到起阻抗匹配作用的前置放大电路101，并经过预放大电路102、自动增益控制电路103、低频滤波器104、非线性放大器105有效地滤除了各种干扰信号，放大了雷达探测信号，提升了雷达探测信号中生命特征信号的信噪比，通过非线性放大器106分离出呼吸信号和心跳信号，呼吸信号增益控制电路1071和心跳信号增益控制电路1081可调整两路信号的幅值，呼吸信号输出电路1072和心跳信号输出电路1082用以提高两路信号的输出驱动能力，同时经过信号调制电路109，把人耳无法分辨的呼吸信号及心跳信号提升到可分辨的范围，再经电压放大电路1101和功率放大电路1102后，可用作监听，有效地从包含干扰信号的雷达信号中提取出了生命信息，抑制了外界强电磁波的干扰，还原出了可靠的生命信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于小型雷达生命探测仪的信号处理系统，其特征在于，该信号处理系统包括：

2.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，所述呼吸信号处理模块进一步包括：

用于对呼吸信号的幅值进行调整的呼吸信号增益控制电路；

与所述呼吸信号增益控制电路相连接，用于提高呼吸信号的输出驱动能力，并对所述呼吸信号进行输出的呼吸信号输出电路。

3.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，所述心跳信号处理模块进一步包括：

用于对心跳信号的幅值进行调整的心跳信号增益控制电路；

与所述心跳信号增益控制电路相连接，用于提高心跳信号的输出驱动能力，并对所述心跳信号进行输出的心跳信号输出电路。

4.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，所述探测信号放大模块进一步包括：

与所述信号调制电路相连接，用于对所述信号调制电路输出雷达探测信号中的呼吸信号及心跳信号的电压进行放大，并对电压放大后的呼吸信号及心跳信号进行输出的电压放大电路；

与所述电压放大电路相连接，用于对所述电压放大电路输出雷达探测信号中的呼吸信号及心跳信号的功率进行放大，并对功率放大后的呼吸信号及心跳信号进行输出的功率放大电路。

5.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，所述前置放大电路还与用于采集并输出雷达探测信号的雷达探测系统相连接。