一种复信号解调的雷达呼吸特征信号检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复信号解调的雷达呼吸特征检测方法和系统，具体涉及信号检测领域。该方法通过发射天线对生命体发射电磁波信号，接收天线接收回馈信号，与另一路本振信号在正交混频器中进行混频处理。接着通过中频放大器到达数字信号处理单元,在ADC模数转换器的作用下转化为数字信号。XADC模块采样后，信号被送至上位机，由Matlab软件进行快速傅里叶变换处理，经过低通滤波和去除直流信号后将得到呼吸量频谱图，并可通过曲线拟合依此判断出生命体的呼吸模式及背后揭示的健康状况。体的呼吸模式及背后揭示的健康状况。体的呼吸模式及背后揭示的健康状况。

【技术实现步骤摘要】
一种复信号解调的雷达呼吸特征信号检测方法和系统


[0001]本专利技术涉及信号检测领域，具体涉及一种复信号解调的雷达呼吸特征信号检测方法和系统。

技术介绍

[0002]呼吸特征是医生诊断的重要生理指标。
[0003]传统的呼吸检测方法采用接触式的手段，如压力传感器，电极片等。
[0004]压力传感器对于大面积烧伤、烫伤患者容易产生二次伤害，而电极片会使被监测者感到束缚和不适，进而影响被检测者的生理特征，会对检测结果产生干扰。
[0005]鉴于接触式检测手段存在的诸多问题，随着雷达在医疗、工程等方面的广泛应用，非接触检测手段引发广泛关注。
[0006]雷达是一种利用无线电波来确定移动物体的范围、角度或速度的物体检测系统。雷达系统由发射机产生的电磁波经发射天线、接收天线(单独或同为前一个)在发射信号的路径中捕获任何被测目标的反射波，并由接收机和处理器完成对信号的接收、分析和处理。
[0007]利用雷达实现生理参数的提取是一种被广泛应用的非接触信号检测方式，具有全天候、高精度等优势。
[0008]随着科技的进步，基于多普勒雷达的非接触式的测量方法能够弥补接触式测量方法的不足，具有广阔的前景。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开了一种复信号解调的雷达呼吸特征检测方法和系统，其包括下列步骤：
[0010]射频模拟模块发射雷达探测信号T1(t)至生命体，接收反馈信号R(t)后将反馈信号R(t)与本振信号T2(t)通过信号混频处理后输出两路(I通道和Q通道)相位差为90度的基带信号至中频处理模块；中频处理模块对接收到的两路基带信号进行滤波和隔离直流电流处理，输出两路中频信号至中频信号处理模块；模数转换模块对收到的中频信号进行采样处理，并转化为数字信号输出至数字信号处理模块；数字信号处理模块将两路数字信号合成为复信号，在转换为呼吸仿真曲线图和呼吸频谱图后通过曲线拟合得到呼吸特征曲线图。
[0011]进一步地，射频模拟模块包括：
[0012]发射天线，与功率放大器相连，向待测对象发射射频探测信号；
[0013]接收天线，与功率放大器相连，接收待测对象反射回来的信号；
[0014]压控振荡器，产生射频信号；
[0015]功分器，将压控振荡器的产生的信号分为两路，一路经功率放大器处理后到达发射天线，射向待测生命体；另一路作为本振信号直接输送至正交混频器。
[0016]功率放大器，将压控振荡器产生的射频信号以及接收天线传输回来的射频信号放
大。
[0017]正交混频器，将接收天线接收到的含有生命体呼吸特征的信号与本振信号混合，直接输出相位差为90度的两路中频信号。
[0018]系统在理想状况下，混频器输出的I/Q两路基带信号应该包含0.3Hz和1.1Hz左右的两个有效频率分量，在现实情况下，混频器的输出信号存在直流分量和交调信号干扰，影响输出结果的精度，因此还必须有中频模拟电路进行处理。
[0019]进一步地，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种信号处理的中频电路模块，能够对两路基带信号进行滤波和隔离直流分量处理。所述中频电路模块包括：
[0020]低通滤波器：与正交混频器相连，滤除两路基带信号中的交调干扰信号，输出两路处理后的信号到隔离电容。
[0021]隔离电容：与低通滤波器相连，隔离基带信号中的直流分量，解决直流偏置问题,输出两路处理后的信号I(t)和Q(t)。
[0022]处理后的两路信号在某些特定的相位差时将面临空探测点的问题，
[0023]进一步地，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种复信号合成和解调的信号处理方法，所述信号处理方法应用于计算机设备及其处理算法，所述复信号解调方法包括：
[0024]获取两路基带输出信号I(t)和Q(t)，两者相位差为90度；
[0025]获得的信号尚需经过XADC模块采样转化为离散数据后才能被上位机识别处理。XADC模块是一种电路模块，包括模数转换器和相关的片上传感器。该电路模块能通过PCB板与中频放大模块有效耦合，且模数转换器在工作时能够接收两路由中频放大模块传导来的基带信号，并输出两路数字信号至上位机。
[0026]两路数字信号由上位机的中央处理器识别后，将两路基带信号分别建立数学模型为式(4)和式(5)
[0027][0028]和
[0029][0030]其中，公式符号含义同权利要求2，考虑最不利的情况，当θ为π的整数倍时，θ+π/4和θ
‑
π/4都是π/4的奇数倍，I/Q通道信号均不处于最佳探测位置，基带输出信号由处理器统一归纳为式(6)
[0031][0032]由于二者相位差为90度，具备叠加成为复信号的条件。由上位机的中央处理器自动运算叠加为式(7)
[0033][0034]复信号中总有一部分分量远离空探测点，从而克服了目前常采用的基于小角近似解调上的雷达探测的空探测点问题。
[0035]进一步地，为了将I通道，Q通道以及复信号的数字信号数据直观地展示给医疗工作人员，需要在上位机安装Matlab软件，并通过引入呼吸模型函数y＝f(x)＝
‑
a*e
‑
λx
到软件的函数库，接收复信号呼吸量数据生成呼吸模型函数曲线，再与复信号呼吸频谱图进行曲线拟合。
[0036]通过比较可得到曲线拟合度，若小于等于3％,则复信号呼吸频谱图即为最终输出结果；若大于3％，则雷达系统通过调整设备与人的距离，令待测对象的呼吸状态趋近于平稳等措施重新实施检测，直至曲线拟合度小于等于3％,检测成功。
[0037]由上述技术方案可知，本专利技术与现有技术相比至少具备以下优点和积极效果：
[0038]通过应用上述的呼吸特征检测手段，医学工作者将能通过无接触的方式获得待测对象的生命体征信息。这种方式和传统的接触式检测手段相比较，避免了接触式设备在使用时的很多局限性。比如对于重度烧伤患者来说，接触式设备一来会增加患者的痛苦，二则容易引发二次感染；又比如待测对象为行动不便的老人的情况，一方面接触式设备操作复杂，老人无法佩戴，另一方面可能会影响老人的正常生活。
[0039]和传统的数据分析手段相比，采用曲线拟合的方法可以极大地提高探测成果的有效性，避免误诊断的发生。并且具有执行迅速，显示直观的特点，让医学工作人员能够迅速地作出判断，并给出有效的医学治疗方法和建议。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
[0041]图1是本专利技术一实施例提供的复信号解调的雷达呼吸特征检测系统的结构示意图；
[0042]图2是本专利技术另一实施例提供的复信号解调的雷达呼吸特征检测方法的流程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复信号解调的雷达呼吸特征检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：射频模拟模块发射雷达探测信号T1(t)至生命体，接收反馈信号R(t)后将反馈信号R(t)与本振信号T2(t)(特征与探测信号相同，但无须发射至生命体)通过信号混频处理后输出两路(I通道和Q通道)相位差为90度的基带信号至中频处理模块；S2:中频处理模块对接收到的两路基带信号进行滤波和隔离直流电流处理，输出两路中频信号至中频信号处理模块；S3:模数转换模块对收到的中频信号进行采样处理，并转化为数字信号输出至数字信号处理模块；S4:数字信号处理模块将两路数字信号合成为复信号，在转换为呼吸仿真曲线图和呼吸频谱图后通过曲线拟合得到呼吸特征曲线图。2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S1中的雷达探测信号和本振信号为典型的单频余弦波信号，采用式(1)表示为：其中，f表示载波频率，表示相位噪声；当T(t)射向距探测系统距离为d的待测对象的身体时，接收天线将得到一个所述步骤S1中的反馈信号，采用式(2)表示为：其中，C和λ分别表示电磁波的传播速度和波长。其中，x(t)表示由呼吸引起的胸腔振动：x(t)＝m
·
sin(ωt)d表示检测系统与待测生命体间的距离，c表示电磁波的传播速度，λ表示电磁波的波长，m表示振动幅度。3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S4中合成的复信号采用式(3)表示为：其中，参数含义同权利要求2。4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S4中的呼吸仿真曲线图的生成数学模型，采用式(4)为：y＝f(x)＝
‑
a*e
‑
λx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，x为两次胸腔活动的时间间隔，a为胸腔室形指数，λ为胸腔收缩系数，y为胸腔活跃度。5.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S4的呼吸频谱图由计算机数据处理软件接收I通道和Q通道的呼吸数据，以频率为横坐标，以呼吸量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞行曾，牛臻弋，
申请(专利权)人：庚辰科技宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：