心跳和呼吸是人體重要的生命體征信號(hào),檢測(cè)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(cè)方式,在對(duì)重感染的病人、重度燒傷患者體征信號(hào)檢測(cè)時(shí)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(hào)檢測(cè)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(diǎn)在健康醫(yī)療領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。通過(guò)毫米波雷達(dá)檢測(cè)呼吸和心跳引起的人體胸壁表面的運(yùn)動(dòng),對(duì)回波信號(hào)進(jìn)一步處理來(lái)提取呼吸和心跳速率。圍繞毫米波雷達(dá)對(duì)生命體征信號(hào)檢測(cè)進(jìn)行了研究,本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先詳細(xì)介紹了通過(guò)毫米波雷達(dá)檢測(cè)生命體征信號(hào)的原理,并建立了信號(hào)檢測(cè)和處理流程,其中包括信號(hào)采集、信號(hào)預(yù)處理和體征信號(hào)速率估計(jì)。在信號(hào)預(yù)處理中,通過(guò)構(gòu)建雷達(dá)回波信號(hào)模型對(duì)雷達(dá)回波前端信號(hào)處理算法進(jìn)行驗(yàn)證。隨后對(duì)相位信號(hào)進(jìn)行生命體征速率估計(jì),在實(shí)際信號(hào)測(cè)試中,為了減少背景噪聲的影響,使用均值濾波算法對(duì)前端信號(hào)進(jìn)行平滑濾波。接下來(lái)采用了短時(shí)傅里葉變換（STFT）、變分模態(tài)分析（VMD）、滑窗-MUSIC算法對(duì)呼吸和心跳信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析。對(duì)于STFT算法,選擇合適的信號(hào)觀察窗口長(zhǎng)度來(lái)平... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于PC機(jī)的雷達(dá)生命體征探測(cè)儀后端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗(yàn)證基于統(tǒng)計(jì)特征方差作為判別依據(jù)對(duì)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(guò)控制和信號(hào)處理MCU來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)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(diǎn)，同時(shí)大幅降低了成本，如圖1.1為基于PC機(jī)的雷達(dá)生命體征探測(cè)儀后端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這是我國(guó)首臺(tái)雷達(dá)生命探測(cè)儀。圖1.1基于PC機(jī)的雷達(dá)生命體征探測(cè)儀后端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗(yàn)證基于統(tǒng)計(jì)特征方差作為判別依據(jù)對(duì)生命體征信號(hào)提取的算法有效性。通過(guò)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)在人體肢體擺動(dòng)、面向雷達(dá)靜止站立、無(wú)人等情況下方差計(jì)算與對(duì)比[9]來(lái)驗(yàn)證可行性。如圖1.2所示，通過(guò)得到的在不同情況下方差所對(duì)應(yīng)的閾值，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生命體征的判別。由于體征信號(hào)受到直流信號(hào)影響較大，該算法可以有效的排除直流信號(hào)的影響，在穿墻探測(cè)方面有很高的參考價(jià)值。圖1.2三種情況下的得到的方差圖2013年美國(guó)的佐治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院VanNguyen等人通過(guò)超寬帶雷達(dá)將諧波路徑算法（HAPA）應(yīng)用到生命體征信號(hào)檢測(cè)上。該實(shí)驗(yàn)時(shí)第一個(gè)利用心跳諧波路徑算法檢測(cè)生命體征信號(hào)，可以在較少的干擾下對(duì)基頻進(jìn)行可靠性和魯棒性的估計(jì)[10]。作者通過(guò)使用中心頻率為4.2GHz的IR–UWB雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)心跳的測(cè)量。圖1.3為HAPA算法提取心跳和提取峰值算法結(jié)果對(duì)比，通過(guò)測(cè)試結(jié)果對(duì)比該算法優(yōu)于主峰計(jì)數(shù)方法，特別是在心跳基波丟失或者頻譜泄露帶來(lái)的信號(hào)主峰位置錯(cuò)誤對(duì)估計(jì)準(zhǔn)確性的影響時(shí)有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

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(guò)控制和信號(hào)處理MCU來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)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(diǎn)，同時(shí)大幅降低了成本，如圖1.1為基于PC機(jī)的雷達(dá)生命體征探測(cè)儀后端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這是我國(guó)首臺(tái)雷達(dá)生命探測(cè)儀。圖1.1基于PC機(jī)的雷達(dá)生命體征探測(cè)儀后端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2013年武漢濱湖工程師韓喆用L波段雷達(dá)驗(yàn)證基于統(tǒng)計(jì)特征方差作為判別依據(jù)對(duì)生命體征信號(hào)提取的算法有效性。通過(guò)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)在人體肢體擺動(dòng)、面向雷達(dá)靜止站立、無(wú)人等情況下方差計(jì)算與對(duì)比[9]來(lái)驗(yàn)證可行性。如圖1.2所示，通過(guò)得到的在不同情況下方差所對(duì)應(yīng)的閾值，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生命體征的判別。由于體征信號(hào)受到直流信號(hào)影響較大，該算法可以有效的排除直流信號(hào)的影響，在穿墻探測(cè)方面有很高的參考價(jià)值。圖1.2三種情況下的得到的方差圖2013年美國(guó)的佐治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院VanNguyen等人通過(guò)超寬帶雷達(dá)將諧波路徑算法（HAPA）應(yīng)用到生命體征信號(hào)檢測(cè)上。該實(shí)驗(yàn)時(shí)第一個(gè)利用心跳諧波路徑算法檢測(cè)生命體征信號(hào)，可以在較少的干擾下對(duì)基頻進(jìn)行可靠性和魯棒性的估計(jì)[10]。作者通過(guò)使用中心頻率為4.2GHz的IR–UWB雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)心跳的測(cè)量。圖1.3為HAPA算法提取心跳和提取峰值算法結(jié)果對(duì)比，通過(guò)測(cè)試結(jié)果對(duì)比該算法優(yōu)于主峰計(jì)數(shù)方法，特別是在心跳基波丟失或者頻譜泄露帶來(lái)的信號(hào)主峰位置錯(cuò)誤對(duì)估計(jì)準(zhǔn)確性的影響時(shí)有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

【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(hào)檢測(cè)算法[J]. 崔麗輝,趙安興,寧方正.  計(jì)算機(jī)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(cè)[J]. 唐良勇,趙恒,張亞菊.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 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(bào). 2016(05)
[4]生物雷達(dá)檢測(cè)中呼吸和心跳實(shí)時(shí)分離技術(shù)的研究[J]. 楊芳,張華,李盛,薛慧君,路國(guó)華.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2014(07)
[5]基于統(tǒng)計(jì)特征的微弱生命體征信號(hào)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(cè)算法研究[D]. 唐良勇.南京理工大學(xué) 2016
[2]基于譜估計(jì)的非接觸式生命體征檢測(cè)算法研究[D]. 夏映湖.南京理工大學(xué) 2016
[3]基于C8051F雙單片機(jī)的雷達(dá)式生命探測(cè)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(hào)：3059492