CN112043256A - 一种基于雷达的多目标心率实时测量方法 - Google Patents

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冯冬阳
崔雄文
刘传银
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Abstract

本发明涉及雷达信号处理技术，其公开了一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，兼具普适性、实时性、准确性和低计算复杂度。该方法包括步骤：a.接收目标回波信号；b.对回波信号进行处理得到各个目标人体的回波序列；c.分别对各个目标人体的回波序列进行带通滤波，并去除干扰信号；d.分别计算各个目标滤波后信号的标准差，对于绝对值大于该标准差的点，将其值重置为该标准差，并保留信号的原符号；e.分别计算各个目标经步骤d处理后信号的自相关函数；f.分别计算各个目标经步骤e得到的自相关函数的平均幅度差函数；g.分别找出各个目标经步骤f得到的平均幅度差函数在预设范围内的最低的谷点所在位置t；h.分别计算出各个目标的心率：心率＝60*采样率/t。

Description

一种基于雷达的多目标心率实时测量方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理技术，具体涉及一种基于雷达的多目标心率实时测量方法。
背景技术
心跳是人体维持生存最基础的生命活动。心率包含有重要的生理信息，心率测量在救援活体探测、医疗病患监护、心肺功能观察、运动效果评估、睡眠质量监测等领域都有广泛应用。现有的心率监测方法一般需要在体表安放传感器，并和皮肤紧密接触，影响人体舒适度。
人体在心脏跳动时，胸部表面会随着产生微弱的周期性起伏，超宽带雷达能够捕获这些起伏的回波信号。但是超宽带雷达测量的心跳信号强度只有呼吸信号的约1/10，心跳信号几乎完全淹没在人体呼吸的噪音中。常用的通过滤波及小波等算法分离呼吸和心跳信号，适合于人体保持高度静止的情形，在混有呼吸心跳以外的噪声时难以分离出心跳信号。而自适应滤波又需要先提取到准确的呼吸信号，不适用于单通道采样系统，也不适合多目标心率的实时处理。神经网络算法需要事先采集大量数据建模，不能实时处理，且运算量巨大，难以应用到实验室以外的场景。
因此，还需要一种能适应更多应用场景，可准确计算多目标心率的实时算法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，兼具普适性、实时性、准确性和低计算复杂度。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，包括以下步骤：
a.接收使用超宽带雷达向目标人体所处自由空间发射电磁波而反射回来的回波信号；
b.对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，分别提取以各个极大值为中心的预设距离内的数据，得到各个目标人体的回波序列；
c.分别对各个目标人体的回波序列进行带通滤波,根据先验知识去除心率频率范围外的干扰信号；
d.分别计算各个目标滤波后信号的标准差，对于绝对值大于该标准差的点，将其值重置为该标准差，并保留信号的原符号；
e.分别计算各个目标经步骤d处理后信号的自相关函数；
f.分别计算各个目标经步骤e得到的自相关函数的平均幅度差函数；
g.分别找出各个目标经步骤f得到的平均幅度差函数在预设范围内的最低的谷点所在位置t；
h.分别计算出各个目标的心率：心率＝60*采样率/t。
作为进一步优化，步骤a中，所述超宽带雷达置于与多名目标人体距离不同的位置。
作为进一步优化，步骤g中，所述预设范围对应于单次心跳长度的合理范围。
作为进一步优化，步骤c中，所述带通滤波的频率范围为0.8-2.0Hz。
本发明的有益效果是：
(1)采用非接触式测量方式，可同时测量同一空间中到雷达不同距离的多个目标人体的心率，无需采用传感器与人体皮肤接触，从而避免对人体舒适度的影响；
(2)该测量方法无需呼吸信息，系统设计更为简便，且避免了呼吸信息提取误差带来的误差累积；
(3)计算心率时并不提取单个周期，而是充分考虑了计算周期内所有心跳的周期规律，准确性高，计算复杂度低，对数据长度要求低，在实时测量中有很强的实用性；
(4)由于呼吸心跳以外的噪音不具有周期性，在本发明处理流程中会被逐步削弱，对最终心率影响不大，因而本发明降低了对人体静止程度的要求，普适性更好。
附图说明
图1为本发明中的基于雷达的多目标心率实时测量方法流程图；
图2为接收的人体回波信号示意图；
图3为对目标人体的回波序列进行带通滤波后的信号示意图；
图4为计算的自相关函数示意图；
图5为计算的平均幅度差示意图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，兼具普适性、实时性、准确性和低计算复杂度。在具体实现上，如图1所示，该测量方法采用以下手段：
1、将超宽带雷达布置于与多名目标人体距离不同的位置，采用雷达的发射机向目标人体所处自由空间发射电磁波，通过雷达的接收机接收目标人体反射回来的回波信号；接收的回波信号中，心跳信号几乎完全淹没在呼吸信号中，如图2所示；
2、对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，分别提取以各个极大值为中心的预设距离内的数据，得到各个目标人体的回波序列；
3、分别对各个目标人体的回波序列进行带通滤波,根据先验知识去除心率频率范围外的干扰信号，带通滤波后的信号如图3所示；
4、分别计算各个目标滤波后信号的标准差，对于绝对值大于该标准差的点，将其值重置为该标准差，并保留信号的原符号；
5、分别计算各个目标经步骤4处理后信号的自相关函数，如图4所示；
6、分别计算各个目标经步骤5得到的自相关函数的平均幅度差函数，如图5所示；
7、分别找出各个目标经步骤6得到的平均幅度差函数在预设范围内的最低的谷点所在位置t，该预设范围对应于单次心跳长度的合理范围；
8、分别计算出各个目标的心率，心率＝60*采样率/t。
实施例：
本实施例以测量3名被试人员的实时心率为例，实施方法如下：
(1)3名被试人员分别在距离雷达0.5米，1.5米，3米的位置选取舒适坐姿，避免剧烈的身体运动，保持正常呼吸，使用发射机向目标人体所处自由空间发射电磁波，通过接收机接收目标人体反射回来的回波信号，其中采样频率为fs Hz；
(2)对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，提取以各个极大值为中心的预设距离内的数据，分别得到3名目标人体的回波序列；
(3)分别对各个目标人体的回波序列进行0.8-2.0Hz带通滤波；
(4)分别计算各个目标滤波后信号的标准差，对于绝对值大于该标准差的点，将其值重置为该标准差，并保留信号的原符号；
(5)分别计算各个目标经步骤(4)处理后信号的自相关函数，关于自相关函数的计算为现有计算，这里不再对其具体计算过程进行赘述；
(6)分别计算各个目标经步骤(5)得到的自相关函数的平均幅度差函数，关于平均幅度差的计算为现有计算，这里不再对其具体计算过程进行赘述；
(7)分别找出各个目标经步骤(6)得到的平均幅度差函数在预设范围内的最低的谷点所在位置t，该预设范围对应于单次心跳长度的合理范围fs/2–fs/0.8；
(8)分别计算出各个目标的心率，心率＝60*fs/t。
至此，我们实现了通过超宽带雷达对3名被试的心率的实时、准确测量。

Claims (4)

1.一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.接收使用超宽带雷达向目标人体所处自由空间发射电磁波而反射回来的回波信号；
b.对回波信号的距离维信息进行傅里叶变换，然后进行极大值搜索，分别提取以各个极大值为中心的预设距离内的数据，得到各个目标人体的回波序列；
c.分别对各个目标人体的回波序列进行带通滤波,根据先验知识去除心率频率范围外的干扰信号；
d.分别计算各个目标滤波后信号的标准差，对于绝对值大于该标准差的点，将其值重置为该标准差，并保留信号的原符号；
e.分别计算各个目标经步骤d处理后信号的自相关函数；
f.分别计算各个目标经步骤e得到的自相关函数的平均幅度差函数；
g.分别找出各个目标经步骤f得到的平均幅度差函数在预设范围内的最低的谷点所在位置t；
h.分别计算出各个目标的心率：心率＝60*采样率/t。
2.如权利要求1所述的一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，其特征在于，
步骤a中，所述超宽带雷达置于与多名目标人体距离不同的位置。
3.如权利要求1所述的一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，其特征在于，
步骤g中，所述预设范围对应于单次心跳长度的合理范围。
4.如权利要求1所述的一种基于雷达的多目标心率实时测量方法，其特征在于，
步骤c中，所述带通滤波的频率范围为0.8-2.0Hz。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113050060A (zh) * 2021-03-25 2021-06-29 南京敏智达科技有限公司 基于稀疏重构与神经网络的生命探测方法及探测装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106618542A (zh) * 2015-10-28 2017-05-10 中国科学院上海高等研究院 一种去噪心率信号检测装置及方法
US20180325494A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Bistos Co., Ltd. Heartbeat detection signal processing method for ultrasound doppler fetus monitoring device
CN108992053A (zh) * 2018-06-21 2018-12-14 河北工业大学 一种实时的无束缚检测心率和心跳间隔的方法
CN110464320A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 四川长虹电器股份有限公司 多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法
CN111580086A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 富士通株式会社 生命体检测方法、检测装置和电子设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106618542A (zh) * 2015-10-28 2017-05-10 中国科学院上海高等研究院 一种去噪心率信号检测装置及方法
US20180325494A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Bistos Co., Ltd. Heartbeat detection signal processing method for ultrasound doppler fetus monitoring device
CN108992053A (zh) * 2018-06-21 2018-12-14 河北工业大学 一种实时的无束缚检测心率和心跳间隔的方法
CN111580086A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 富士通株式会社 生命体检测方法、检测装置和电子设备
CN110464320A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 四川长虹电器股份有限公司 多目标人体心率和呼吸频率测量系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵力 编著: "《语音信号处理》", 30 June 2009, 机械工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113050060A (zh) * 2021-03-25 2021-06-29 南京敏智达科技有限公司 基于稀疏重构与神经网络的生命探测方法及探测装置
CN113050060B (zh) * 2021-03-25 2024-04-26 南京敏智达科技有限公司 基于稀疏重构与神经网络的生命探测方法及探测装置

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