心跳和呼吸是人體重要的生命體征信號,檢測方式有心電圖儀（ECG）和光體積變化描記（PPG）。心電圖儀和光體積都為接觸式的檢測方式,在對重感染的病人、重度燒傷患者體征信號檢測時有很大的局限性。為了適應(yīng)新的需求,非接觸式生命體征信號檢測技術(shù)的研究得到了極大的關(guān)注。毫米波雷達(dá)憑借帶寬寬、波束窄、分辨率高、體積小便于攜帶等優(yōu)點在健康醫(yī)療領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。通過毫米波雷達(dá)檢測呼吸和心跳引起的人體胸壁表面的運動,對回波信號進(jìn)一步處理來提取呼吸和心跳速率。圍繞毫米波雷達(dá)對生命體征信號檢測進(jìn)行了研究,本文主要研究內(nèi)容如下:首先詳細(xì)介紹了通過毫米波雷達(dá)檢測生命體征信號的原理,并建立了信號檢測和處理流程,其中包括信號采集、信號預(yù)處理和體征信號速率估計。在信號預(yù)處理中,通過構(gòu)建雷達(dá)回波信號模型對雷達(dá)回波前端信號處理算法進(jìn)行驗證。隨后對相位信號進(jìn)行生命體征速率估計,在實際信號測試中,為了減少背景噪聲的影響,使用均值濾波算法對前端信號進(jìn)行平滑濾波。接下來采用了短時傅里葉變換（STFT）、變分模態(tài)分析（VMD）、滑窗-MUSIC算法對呼吸和心跳信號進(jìn)行時頻分析。對于STFT算法,選擇合適的信號觀察窗口長度來平... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于PC機的雷達(dá)生命體征探測儀后端實驗平臺2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗證基于統(tǒng)計特征方差作為判別依據(jù)對生命體

儀后端系統(tǒng)的研制》[8]提出了一種便攜式改良性系統(tǒng)方案。通過控制和信號處理MCU來進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有體積孝重量輕、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，同時大幅降低了成本，如圖1.1為基于PC機的雷達(dá)生命體征探測儀后端實驗平臺，這是我國首臺雷達(dá)生命探測儀。圖1.1基于PC機的雷達(dá)生命體征探測儀后端實驗平臺2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗證基于統(tǒng)計特征方差作為判別依據(jù)對生命體征信號提取的算法有效性。通過對雷達(dá)回波信號在人體肢體擺動、面向雷達(dá)靜止站立、無人等情況下方差計算與對比[9]來驗證可行性。如圖1.2所示，通過得到的在不同情況下方差所對應(yīng)的閾值，從而可以實現(xiàn)對生命體征的判別。由于體征信號受到直流信號影響較大，該算法可以有效的排除直流信號的影響，在穿墻探測方面有很高的參考價值。圖1.2三種情況下的得到的方差圖2013年美國的佐治亞理工學(xué)院電氣與計算機工程學(xué)院VanNguyen等人通過超寬帶雷達(dá)將諧波路徑算法（HAPA）應(yīng)用到生命體征信號檢測上。該實驗時第一個利用心跳諧波路徑算法檢測生命體征信號，可以在較少的干擾下對基頻進(jìn)行可靠性和魯棒性的估計[10]。作者通過使用中心頻率為4.2GHz的IR–UWB雷達(dá)實現(xiàn)對心跳的測量。圖1.3為HAPA算法提取心跳和提取峰值算法結(jié)果對比，通過測試結(jié)果對比該算法優(yōu)于主峰計數(shù)方法，特別是在心跳基波丟失或者頻譜泄露帶來的信號主峰位置錯誤對估計準(zhǔn)確性的影響時有更加明顯的優(yōu)勢。

儀后端系統(tǒng)的研制》[8]提出了一種便攜式改良性系統(tǒng)方案。通過控制和信號處理MCU來進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有體積孝重量輕、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，同時大幅降低了成本，如圖1.1為基于PC機的雷達(dá)生命體征探測儀后端實驗平臺，這是我國首臺雷達(dá)生命探測儀。圖1.1基于PC機的雷達(dá)生命體征探測儀后端實驗平臺2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗證基于統(tǒng)計特征方差作為判別依據(jù)對生命體征信號提取的算法有效性。通過對雷達(dá)回波信號在人體肢體擺動、面向雷達(dá)靜止站立、無人等情況下方差計算與對比[9]來驗證可行性。如圖1.2所示，通過得到的在不同情況下方差所對應(yīng)的閾值，從而可以實現(xiàn)對生命體征的判別。由于體征信號受到直流信號影響較大，該算法可以有效的排除直流信號的影響，在穿墻探測方面有很高的參考價值。圖1.2三種情況下的得到的方差圖2013年美國的佐治亞理工學(xué)院電氣與計算機工程學(xué)院VanNguyen等人通過超寬帶雷達(dá)將諧波路徑算法（HAPA）應(yīng)用到生命體征信號檢測上。該實驗時第一個利用心跳諧波路徑算法檢測生命體征信號，可以在較少的干擾下對基頻進(jìn)行可靠性和魯棒性的估計[10]。作者通過使用中心頻率為4.2GHz的IR–UWB雷達(dá)實現(xiàn)對心跳的測量。圖1.3為HAPA算法提取心跳和提取峰值算法結(jié)果對比，通過測試結(jié)果對比該算法優(yōu)于主峰計數(shù)方法，特別是在心跳基波丟失或者頻譜泄露帶來的信號主峰位置錯誤對估計準(zhǔn)確性的影響時有更加明顯的優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于EMD和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)體征信號檢測算法[J]. 崔麗輝,趙安興,寧方正.  計算機系統(tǒng)應(yīng)用. 2017(08)
[2]基于WA-EMD算法的脈沖式超寬帶雷達(dá)多目標(biāo)生命體征檢測[J]. 唐良勇,趙恒,張亞菊.  南京理工大學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[3]基于自適應(yīng)小波尺度選擇的生物雷達(dá)呼吸與心跳分離方法[J]. 胡錫坤,金添.  雷達(dá)學(xué)報. 2016(05)
[4]生物雷達(dá)檢測中呼吸和心跳實時分離技術(shù)的研究[J]. 楊芳,張華,李盛,薛慧君,路國華.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2014(07)
[5]基于統(tǒng)計特征的微弱生命體征信號提取研究[J]. 韓喆,鄭志成,張榮磊,董錚.  火控雷達(dá)技術(shù). 2013(01)

碩士論文
[1]基于超寬帶雷達(dá)的非接觸式多目標(biāo)生命體征檢測算法研究[D]. 唐良勇.南京理工大學(xué) 2016
[2]基于譜估計的非接觸式生命體征檢測算法研究[D]. 夏映湖.南京理工大學(xué) 2016
[3]基于C8051F雙單片機的雷達(dá)式生命探測儀后端系統(tǒng)的研制[D]. 文汀.第四軍醫(yī)大學(xué) 2007



本文編號：3059492