一种非接触式生理信号检测方法技术

本发明专利技术公开一种非接触式生理信号检测方法，包括以下步骤：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；通过0.1Hz‑10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号。采用本发明专利技术的技术方案，通过将通用多普勒雷达传感器工作在连续波模式，并采用多级滤波方法，从而实现非接触检测人体生理信号，避免传统接触式检测设备带给患者的束缚和不舒适感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生理信号检测领域，尤其涉及一种非接触式生理信号检测方法。
技术介绍
生理参数(如呼吸、心跳信号等)是现代化医疗检测中一项重要的指标，生理参数的监测可为医生进行诊断和治疗提供可靠依据。接触式检测技术是目前生理监测设备较为普遍的使用方法，主要利用穿戴式传感器或粘贴式电极直接接触患者达到监测生理信号的目的，检测过程会对患者产生心理或生理约束。临床上对呼吸信号检测常用的方法包括电容式传感器检测、阻抗法检测、流量式传感器检测和应变式传感器检测等。心跳检测常用的方法包括触诊式心率测量法、心电、心音和光电式脉搏心率测量法等，此类检测方法监测到的生理信号具有高质量、低噪声的优点，由于限制了患者的行为动作，无法准确真实的反映测试者的生理变化情况，且测试电极使得系统安装复杂，可操作性差。为了克服上述技术缺陷，将多普勒雷达技术实现非接触式生理信号检测成为本领域研究热点。多普勒雷达，又名脉冲多普勒雷达，通常工作在脉冲触发模式，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达。现有技术中多普勒雷达广泛用于军事领域和民用领域，比如机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器等军用方面，以及人体感应、门禁系统、测速测距等民用领域。然而，由于生理信号检测的特殊性，难以将现有技术通用多普勒雷达模块直接应用于生理信号检测；呼吸和心跳信号及其微弱，很容易淹没在雷达的噪声和杂波中，采用现有技术多普勒雷达常规应用电路无法实现对人体的呼吸和心跳等生命特征的非接触式探测。因此，本领域技术人员通常通过改进雷达的识别精度和灵敏度达到应用要求，这大大增加了实现难度，同时在成本上也大幅度的提高。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种非接触式生理信号检测方法，将通用多普勒雷达工作在连续波模式，并通过多级滤波电路进行信号处理，从而实现非接触式生理信号检测。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的技术方案如下：一种非接触式生理信号检测方法，包括以下步骤：步骤S1：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；步骤S2：将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；步骤S3：对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；步骤S4：将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；步骤S5：通过0.1Hz-10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；步骤S6：采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号。优选地，还包括将所获取的呼吸信号和心跳信号发送到服务器的步骤。优选地，所述步骤S5中，通过四阶巴特沃斯低通滤波器和二阶巴特沃斯高通滤波器实现带通滤波器。优选地，所述步骤S6中，采用FIR滤波器、IIR滤波器或者零相位IIR滤波器中的任一种实现呼吸信号和心跳信号的分离。优选地，零相位IIR滤波器的实现步骤如下：步骤S61：根据呼吸信号和心跳信号的特征分别设计呼吸信号IIR滤波器和心跳信号IIR滤波器；步骤S62：将输入信号进行信号采样存储为数字信号序列；步骤S63：将该数字信号序列分别输入到呼吸信号IIR滤波器和心跳信号IIR滤波器进行第一次滤波处理；步骤S64：将经上述第一次滤波处理输出的信号执行第一次时域翻转；步骤S65：将步骤S64输出信号再次输入到呼吸信号IIR滤波器和心跳信号IIR滤波器进行第二次滤波处理；步骤S66：将经上述第二次滤波处理输出的信号执行第二次时域翻转，从而得到滤波后的呼吸信号和心跳信号；步骤S67：对滤波后的呼吸信号和心跳信号进行FFT变换后分别求出频谱从而实现呼吸信号和心跳信号的分离。优选地，在步骤S1中，所述多普勒雷达传感器采用工作频段为10.525GHz的微波多普勒雷达探测器探头传感器HB100模块。优选地，在步骤S3中，采用通带频率为0.1Hz-150Hz的无源RC滤波器滤除低频信号中的直流分量。优选地，在步骤S3中，采用电压跟随器对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配。优选地，在步骤S6中采用的数字滤波器通过程序实现。优选地，通过无线通讯模块以无线的方式将获取人体呼吸信号和心跳信号发送到服务器。与现有技术相比较，本专利技术的技术方案具有以下技术效果：(1)通过将通用多普勒雷达传感器工作在连续波模式，并相应设计多级滤波电路，从而实现非接触检测人体生理信号，避免传统接触式检测设备带给患者的束缚和不舒适感。(2)有源滤波器采用巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器通频带频率响应曲线平坦，在阻频带下降缓慢，避免信号失真，在滤波的同时可实现信号的放大，提高信号的信噪比，实现信号无失真放大滤波。(3)数字滤波器使用零相位IIR滤波器分离出呼吸和心跳信号，减少运算量的同时，消除信号的相位失真，实现患者生理变化和监测显示同步，提高监测设备的实时性。附图说明图1为雷达回波信号探测人体胸腔扩张模型。图2为本专利技术一种非接触式生理信号检测方法的流程框图。图3为本专利技术中零相位IIR滤波器的实现流程图。图4为实现本专利技术中非接触式生理信号检测方法的系统框图。图5为电源模块中雷达电源的电路原理图。图6为电源模块中运放电源的电路原理图。图7为电源模块中数字电源的电路原理图。图8为电源模块中ADC基准电源的电路原理图。图9为本专利技术信号预处理模块的电路原理图。图10为本专利技术差分放大器一种实施方式的电路原理图。图11为本专利技术有源带通滤波器一种实施方式的电路原理图。图12为电平搬移电路的电路原理图。图13为模数转换器的电路原理图。图14为FIR和IIR滤波分离呼吸信号时域对比。图15为FIR和IIR滤波分离呼吸信号频域对比。图16为零相位滤波呼吸信号时域图。图17为零相位滤波心跳信号时域图。图18呼吸信号和心跳信号分离频域图。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的石墨烯复合粉体材料及其制备方法作进一步说明。多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器等军事领域。其工作原理可表述如下：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。因此，军用领域的多普勒雷达通常工作在脉冲模式，通过检测频率差来检测活动目标。现有技术中，多普勒雷达也有在民用领域的应用，比如，利用多普勒雷达(DopplerRadar)原理设计的微波移动物体探测器HB100微波模块，广泛应用于自动门控制开关、安全防范系统、ATM自动提款机的自动录像控制系统、火车自动信号机等场所。然而，此类多普勒雷达在民用领域中的应用时，通常是将输出信号直接放大后检测频率，然后根据频率大小获得推测人体移动速度。多普勒雷达传感器可以在特定距离范围内消除特定介质(如布料、丝绸等)的影响，检测人体胸腔的微动变化，从中获取到生理参数信息，实现非接触式生理信号的检测。非接触式监测系统克服了传统的生理监测系统的缺点，具有非接触、远距离监测、操作简易等优点，在临床医学、灾害医学、军事医学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式生理信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；步骤S2：将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；步骤S3：对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；步骤S4：将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；步骤S5：通过0.1Hz‑10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；步骤S6：采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式生理信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；步骤S2：将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；步骤S3：对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；步骤S4：将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；步骤S5：通过0.1Hz-10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；步骤S6：采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号。2.根据权利要求1所述非接触式生理信号检测方法，其特征在于，还包括将所获取的呼吸信号和心跳信号发送到服务器的步骤。3.根据权利要求1所述非接触式生理信号检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过四阶巴特沃斯低通滤波器和二阶巴特沃斯高通滤波器实现带通滤波器。4.根据权利要求1所述非接触式生理信号检测方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用FIR滤波器、IIR滤波器或者零相位IIR滤波器中的任一种实现呼吸信号和心跳信号的分离。5.根据权利要求4所述非接触式生理信号检测方法，其特征在于，零相位IIR滤波器的实现步骤如下：步骤S61：根据呼吸信号和心跳信号的特征分别设计呼吸信号IIR滤波器和心跳信号IIR滤波器；步骤S62：将输入信号进行信号采样存储为数字信号序列；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，杨希宁，胡华，程知群，樊凌雁，马学条，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33