【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跳监测领域。
技术介绍
1、心跳作为最重要的生命指标之一，不仅能反映人的身体状况，还能反映人的心理变化。传统上，连续心跳监测需要接触式传感器，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跳波形，但它们给人类带来了很大的不便，特别是那些烧伤和感染的人。为了克服接触式传感的缺点，实现无所不在的心跳监测，近年来提出了许多非接触式心跳监测系统。
2、非接触式心跳监测可以基于不同的信号，如声音、可见光、红外、电磁波等。与其他类型的信号相比，电磁波在隐私保护和环境鲁棒性方面具有明显的优势。多种系统使用电磁波来检测心跳，如wifi、超宽带雷达和毫米波雷达。其中毫米波雷达具有波长最短、带宽最大、感知能力最细粒度的特点，能够达到最佳的心跳监测精度。
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，加拿大公立大学的hajar abedi等人在ieee sensors发表的一篇名为non-visual and contactlesswellness monitoring for long term care facilities using mm-wave radar sensors的论文中采用顺序深度学习网络恢复了心跳波形。北京邮电大学的li tao等人在ieeeinternet of things journal发表的一篇名为a novel heart rate estimation methodexploiting heartbeat second
4、然而，在研究对象距离雷达较远且偏离雷达时，上述方法会对重构心跳波形产生较大的误差。在实际情况中，研究对象的位置经常发生变化，大多数情况下距离雷达较远且偏离雷达。本专利技术的目的是在这种人体与雷达距离较远且偏离雷达的情况下重构更准确的心跳波形。
技术实现思路
1、当研究对象与毫米波雷达远离并且偏离时，现有方法不能保证心跳波形重构的准确性。为了使在长距离和大偏差角度下重构准确的心跳波形，本专利技术在基于mimo毫米波雷达的心率估计方法mmheart上进一步提出了一种基于mimo毫米波雷达信号的心跳波形重构方法。本专利技术设计的方法首先通过带通滤波器对估计心率对应的相位差信号进行滤波。然后，通过波谷检测对滤波后的相位差信号进行分割。接着，构建心跳波形模板并且在分割的基础上重采样模板。最后，对每个分段的起始点和结束点进行微调，得到重构的心跳波形。具体的技术方案如下：
2、本专利技术是一种基于mimo毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，具体包括以下步骤：
3、步骤1：通过带通滤波器对估计心率对应的相位差信号进行滤波；
4、步骤2：通过波谷检测对滤波后的相位差信号进行分割；
5、步骤3：构建心跳波形模板并且在分割的基础上重采样模板；
6、步骤4：对每个分段的起始点和结束点进行微调，得到重构的心跳波形。
7、在步骤1中，通过带通滤波器对估计心率对应的相位差信号进行滤波，具体为：
8、步骤1-1：得到估计心率fi,j,n对应相位差信号，其中i,j表示通道(ti,rj)，n为通道(ti,rj)中第n个距离仓，对于每个通道(ti,rj)，ti代表第i根发射天线,rj代表第j根接收天线，(ti,rj)代表第i根发射天线和第j根接收天线之间的通道；
9、步骤1-2：用带通滤波器对fi,j,n对应的相位差信号滤波，获得更纯净的信号，即获得估计心率fi,j,n附近频率范围更小的信号。
10、进一步地，在步骤2中，通过波谷检测对滤波后的相位差信号进行分割，具体为：
11、步骤2-1：找出滤波后相位差信号中的所有波谷。每个波谷可以看作是当前段的起始点和上一段的结束点。
12、步骤2-2：依次计算相邻波谷之间的时间差，若相邻两个波谷的时间差小于预设阈值δtv，则认为后一个波谷为假波谷，将其从波谷集合中去除。
13、步骤2-3：基于剩下的波谷得到一个分段集合s＝{s1,s2，…，sg}，其中s1、s2和sg分别表示第1个、第2个和第g个分段的滤波后相位差信号，每个分段的长度集合为{|s1|，|s2|，…，|sg|}，其中|sg|＝lg-lg-1，lg-1和lg分别为第g段的开始时间和结束时间，其中1≤g≤g，g为所有分段的数量。
14、进一步地，在步骤3中，构建心跳波形模板并且在分割的基础上重采样模板，具体为：
15、步骤3-1：用脉搏血氧仪测量人类真实的心跳波形，并捕获该波形的一个周期作为心跳波形模板μ；
16、步骤3-2：对应于s的每一段，以重采样率|sg|/|μ|对μ进行重采样，得到μg，即重构心跳波形的第g段，可以表示为μg＝ω(μ,|sg|)，其中ω(μ,|sg|)表示将模板μ重新采样到段sg的长度，1≤g≤g。
17、进一步地，在步骤4中，对每个分段的起始点和结束点进行微调，得到重构的心跳波形，具体为：
18、步骤4-1：基于波谷检测只能得到每个心脏周期的粗略起始点和结束点，使得重构的心跳波形与滤波后的相位差信号不对齐，如图2所示。为了将重构的心跳波形与滤波后的相位差信号对齐，我们对s中每段的起始点和结束点进行微调。微调可以构造为一个优化问题，它可以表示为其中lg表示sg+1的起始点和sg的结束点，tpeak(μg)-tpeak(sg)表示μg与sg峰值处的时间差；
19、步骤4-2：在每次迭代中，根据最新的分割更新重构的心跳波形，然后更新重构的心跳波形的峰值与滤波后的相位差信号的时间差，通过多次迭代，最终得到重构的心跳波形，如图3所示。
20、本专利技术的有益效果是：本专利技术充分利用了mimo毫米波的多个通道的雷达数据，以较低的复杂度解决了当研究对象距离较远且偏离雷达的情况下重构心跳波形误差较大的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于MIMO毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述心跳波形重构方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于MIMO毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述步骤1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于MIMO毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于MIMO毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述步骤3具体包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于MIMO毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述步骤4具体包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于mimo毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述心跳波形重构方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于mimo毫米波雷达信号的心跳波形重构方法，其特征在于：所述步骤1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于mimo毫米波雷达信号的心跳...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓玲，桂林卿，郭政鑫，盛碧云，肖甫，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。