【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及毫米波雷达领域、无线传感器领域和心率检测领域。
技术介绍
1、心跳作为最重要的生命指标之一，不仅可以反映人的身体状况，还能反映人的心理变化。传统的心跳检测方法需要使用接触式传感器，例如心电图或脉搏血氧仪。虽然这些传感器可以获得非常准确的心率，但它们给人类带来了很大的不便，特别是对于那些身体有烧伤或感染的患者。为了克服接触式传感器的局限性，实现无处不在的心跳检测，近年来出现了许多非接触式检测心跳的方法。
2、非接触式心跳检测方法可以利用不同的信号来完成，例如声音、可见光、红外线、以及电磁波等，其中电磁波与其它类型的信号相比，在隐私保护和环境鲁棒性方面具有明显的优势。绝大多数非接触式心跳检测方法用电磁波进行心率检测，如wifi、毫米波雷达和超宽带雷达，其中毫米波雷达由于具有较短的波长、较大的带宽和细粒度的感知能力，在实现心跳检测的准确度方面具有显著优势。
3、近年来，许多基于毫米波雷达的心跳监测系统已经被提出。例如，马里兰大学的fengyu wang等人在ieee internet of things journal发表的一篇名为vimo:multiperson vital sign monit-oring using commodity millimeter-wave radio的论文中采用了带通滤波器和fft来处理毫米波雷达数据，并估计研究对象的心率。中国科学技术大学的fengyu wang等人在2023ieee international conference on acoustics,s
4、然而，在研究对象接近毫米波雷达感知边界且偏离毫米波雷达时，上述方法会产生较大的心跳检测误差。在实际情况中，研究对象的位置经常发生变化，大多数情况下接近毫米波雷达感知边界且偏离雷达。本专利技术的目的是在这种人体接近毫米波雷达感知边界且偏离毫米波雷达的情况下实现高精度的心跳检测。
技术实现思路
1、当研究对象接近毫米波雷达感知边界且偏离毫米波雷达时，现有方法不能保证心率估计的准确性。为了在接近毫米波雷达感知边界且偏离毫米波雷达时准确估计心率，本专利技术提出了一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法。本专利技术设计的方法首先在室内环境下通过毫米波雷达技术采集被测对象的心跳信息并且将毫米波雷达的发射信号和接收信号混合，获得所有信道上的中频信号。然后通过计算被测对象和毫米波雷达之间的距离和角度选择出所有通道中跨越目标胸腔的合适距离窗。最后，通过基于变分模态分解和主成分分析相结合的方法消除呼吸谐波对心跳频率的干扰，从而提取出心率。具体的技术方案如下：
2、在测量过程中，mimo毫米波雷达的发射天线连续地向人体发射雷达信号，在接触人体后产生反射信号并由接收天线所接收。由于mimo毫米波雷达具有多条发射天线与多条接收天线，因此最终产生了多个通道的雷达数据。
3、本专利技术是一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法，具体包括以下步骤：
4、步骤1：在室内环境下通过毫米波雷达技术采集被测对象的心跳信息并且将毫米波雷达的发射信号和接收信号混频，获得所有信道上的中频信号；
5、步骤2：通过计算被测对象和毫米波雷达之间的距离和角度选择出所有通道中跨越目标胸腔的合适距离窗；
6、步骤3：通过基于变分模态分解和主成分分析相结合的方法消除呼吸谐波对心跳频率的干扰，从而提取出心率。
7、在步骤2中，通过计算被测对象和毫米波雷达之间的距离和角度选择出所有通道中跨越目标胸腔的合适距离窗，具体为：
8、步骤2-1：首先对每个通道(tp,rq)中频信号的每个chirp(即毫米波啁啾信号)进行fft运算，得到距离域信号，对于每个通道(tp,rq)，其中tp代表第p根发射天线,rq代表第q根接收天线，(tp,rq)代表第p根发射天线和第q根接收天线之间的通道；
9、步骤2-2：然后在每个通道的距离域信号上对每个距离点的所有chirp使用mti(moving target indicator)方法，从而去除静态分量；
10、步骤2-3：对于每个距离点，求出该点距离域信号上所有chirp上的幅度的平方和。得到了距离点处信号的幅度的平方在所有chirp下的和，将其视为距离点处的总能量。在所有的通道中，找到总能量最大的最优通道(tp*,rq*)和最优距离点n*，然后根据距离分辨率和最优距离点得到被测对象与雷达之间的距离，记为dobj；
11、步骤2-4：选择两个通道，一个是距离测量中的最优通道(tp*,rq*)，另一个是与其接收天线相邻的通道(tp*,rq*+1)；
12、步骤2-5：计算两个通道在同一个chirp上峰值处的相位差，根据相位差计算被测对象与雷达之间的角度，记为θ；
13、步骤2-6：选择跨越胸部的距离窗，即合适的距离窗，其可分为两个部分：基本距离窗和额外距离窗；具体为：
14、第一步，根据被测对象与雷达之间的距离和角度，计算被测对象胸部在距离域信号上跨越的范围，其计算公式为：
15、
16、其中lc是人体胸腔宽度，为角度值θ的弧度值；
17、第二步，根据距离分辨率得到跨越被测对象胸腔的距离窗个数nb，然后根据每个通道(ti,rj)中的最大总能量的距离窗可以得到每个通道(ti,rj)的基本距离窗序列为：
18、
19、其中n为距离窗序号；
20、第三步，计算每个基本距离窗中距离域信号的总能量找到每个通道中ei,j,本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法，其特征在于：所述心率估计方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法，其特征在于：所述步骤2具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法，其特征在于：所述步骤3具体包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检测方法，其特征在于：所述心率估计方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多通道距离窗融合的毫米波雷达心率检...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓玲，桂林卿，肖甫，郭政鑫，盛碧云，崔凯燕，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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