發(fā)布時(shí)間：2018-10-21 09:39

【摘要】：微波多普勒雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)非接觸的生命體征檢測。用電磁波探測人體目標(biāo)時(shí),由于人體心肺活動(dòng),回波信號將發(fā)生多普勒效應(yīng),運(yùn)用一定的信號處理方法,可提取出與心肺相關(guān)的生命體征信息�；诙嗥绽绽走_(dá)的生命體征檢測具有非接觸、穿透性等優(yōu)點(diǎn),有潛力應(yīng)用于日常健康監(jiān)測、特殊人群監(jiān)護(hù)、醫(yī)療診斷、災(zāi)難救援及安防等領(lǐng)域。 生物雷達(dá)方面的研究主要包括傳感器系統(tǒng)研究和信號處理方法研究兩個(gè)方面。前者通過改善雷達(dá)天線和收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)、采用先進(jìn)工藝和集成技術(shù)提高雷達(dá)信號質(zhì)量,抑制噪聲;后者的目標(biāo)在于運(yùn)用算法從雷達(dá)信號中準(zhǔn)確提取生命體征指標(biāo)。目前,基于多普勒雷達(dá)的生命體征檢測研究中存在一些問題需要解決,例如需要提高雷達(dá)系統(tǒng)的信噪比和抗干擾能力、線性地還原心肺活動(dòng)信息、實(shí)時(shí)處理雷達(dá)信號并實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測、從受到較強(qiáng)干擾的信號中提取心肺活動(dòng)的時(shí)域信息等等。本文主要面向家庭和醫(yī)療場所的健康監(jiān)護(hù)領(lǐng)域,圍繞上述問題展開研究,主要工作、成果和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下： (1)多普勒生物雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方案、信號鏈路與噪聲分析。根據(jù)多普勒雷達(dá)原理和生命體征檢測的應(yīng)用需求,確定了生物雷達(dá)的工作模式、工作頻率和收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)；研究了雷達(dá)收發(fā)機(jī)鏈路的多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo),為數(shù)米范圍內(nèi)的體征檢測傳感器設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；結(jié)合雷達(dá)的噪聲模型,通過實(shí)驗(yàn)測定信噪比與檢測距離、目標(biāo)位移的關(guān)系,對實(shí)際噪聲的來源進(jìn)行了定位。這些方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對生物雷達(dá)的整體設(shè)計(jì)具有普遍意義。 (2)多普勒雷達(dá)傳感器的研制。研制工作包括微帶貼片天線、射頻收發(fā)電路、模擬信號處理、數(shù)據(jù)采集、人體振動(dòng)信號的解調(diào)校準(zhǔn)。為了能夠真實(shí)還原人體目標(biāo)的微動(dòng)位移信息,采取了以下措施：采用24位ADC配合過采樣技術(shù)滿足動(dòng)態(tài)范圍和分辨率的要求；通過基于中心估計(jì)的校準(zhǔn)算法區(qū)分目標(biāo)的直流信息和系統(tǒng)、環(huán)境所產(chǎn)生的直流偏移；以正交解調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)還原。實(shí)驗(yàn)測試表明本文研制的雷達(dá)傳感器可真實(shí)還原心肺活動(dòng)信息,滿足生命體征檢測的要求。 (3)實(shí)時(shí)心肺活動(dòng)檢測方法研究。該研究主要面向日常生理參數(shù)監(jiān)護(hù),特別是持續(xù)監(jiān)護(hù)的需求,強(qiáng)調(diào)軟硬件的實(shí)時(shí)性、低功耗和低成本。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算,采用了僅依賴較短時(shí)長雷達(dá)信號的短時(shí)傅立葉變換(STFT)算法進(jìn)行時(shí)頻分析,通過頻譜插值提高心率和呼吸速率的分辨率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指示該實(shí)時(shí)算法對于心率測量具有7秒的延時(shí)和96%的準(zhǔn)確率,對于呼吸速率測量具有22秒的延時(shí)和接近100%的準(zhǔn)確率。 (4)精密生理參數(shù)提取方法研究。該研究主要針對醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的需求,側(cè)重心肺參數(shù)估計(jì)和提取的準(zhǔn)確性,并且分析心肺活動(dòng)的時(shí)域特征信息。采用連續(xù)小波變換、集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)相結(jié)合的方法進(jìn)行目標(biāo)心肺活動(dòng)信息提取,以及心率、呼吸速率、心率變異性參數(shù)估計(jì)研究。實(shí)驗(yàn)表明,雖然雷達(dá)信號受到干擾較多,但該方法測定心率、呼吸速率的準(zhǔn)確度可接近100%,并且可以有效測定基于時(shí)域信息的HRV參數(shù)。該工作發(fā)掘了生物雷達(dá)作為非接觸式檢測手段在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。 (5)多普勒雷達(dá)生命體征檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。搭建了多套多普勒雷達(dá)系統(tǒng),這些系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性、便攜性和集成化等方面各有側(cè)重,分別滿足科學(xué)實(shí)驗(yàn)和家庭、醫(yī)療場所的生命體征監(jiān)護(hù)等需求。在多普勒生物雷達(dá)系統(tǒng)研制中,充分考慮了實(shí)際應(yīng)用場合的需求。其中包括：將系統(tǒng)小型化、輕量化以提高便攜性甚至可以隨身佩戴；降低系統(tǒng)的功耗,延長續(xù)航時(shí)間；采用通用的無線數(shù)據(jù)接口以配合智能手機(jī)、移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行心肺參數(shù)分析,并具備與云計(jì)算平臺(tái)連接,納入社會(huì)醫(yī)療服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的潛力。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN957.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2284720