一种UWB生物雷达回波信号心率提取方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115844355A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211465843.X(22)申请日2022.11.22(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人许琼月李桥巍张福君(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211专利代理师孙莉莉(51)Int.Cl.A61B5/024(2006.01)A61B5/0507(2021.01)G06F17/15(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种UWB生物雷达回波信号心率提取方法(57)摘要本发明提出一种UWB生物雷达回波信号心率提取方法。所述方法首先针对探测目标点对雷达数据帧进行抽取与重构，得到监测对象胸腔位移的时域数据序列。然后将重构的时域数据序列进行自相关运算，其可以保留回波信号中的周期信号，如呼吸和心率信号，并且各自周期不会改变，同时有效抑制测量中的噪声与杂波干扰。最后进行离散小波变化时频分析，在时频图中，可以清晰准确地获取心率成分和频率。本发明为人体心率非接触测量提供了一种新的信号处理方法，能够增强对心率信号的识别，提高心率频率测量的准确率。CN115844355ACN115844355A权利要求书1/2页1.一种UWB生物雷达回波信号心率提取方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤1、回波信号帧间数据抽取与重构；步骤2、重构信号的自相关运算处理；所述步骤2具体为：对于步骤1获得的重构数据序列，进行自相关运算；自相关函数序列为Rww(m)，其公式如式(1)：其中，w(n)为离散序列，m为自相关运算数据点间隔，对于有限长度M的序列，数据点间隔范围为‑M＜m＜M，自相关序列长度2M‑1；步骤3、将自相关函数序列Rww(m)进行小波变换，获取时频图，以确定雷达回波信号中所包含的心率频率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，回波信号的数据帧记录了探测范围内每个位置点的反射回波，它以一定的帧频不断输出；在每一帧数据中，对被检测人体目标位置所对应的数据点进行抽取，将不同数据帧的抽取点按时间顺序进行重构，形成一个新的时域序列w(n)，其长度为M，它代表人体胸腔位移随时间的变化。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自相关函数计算过程具体为：第一步、将w(n)赋值给两个序列w1(n)和w2(n)，0≤n≤M‑1；w1(n)＝w(n)w2(n)＝w(n)第二步、将w2(n)左移M‑1位，即w2(n+M‑1)，则w1(n)和w2(n+M‑1)只有一个重合点0，将重合点对应相乘，赋值给Rww(‑M+1)；第三步、将w2(n+M‑1)右移k位，即w2(n+M‑1‑k)k＝1…M‑1，这样w2(n+M‑1‑k)逐渐移入到w1(n)的区域中，对于每个k,将w1(n)和w2(n+M‑1‑k)k＝1…M‑1的重合点对应相乘并求和，赋值给Rww(‑M+1+k)；第四步、将w2(n+M‑1‑k)继续右移，k＝M…2M‑2，这样w2(n+M‑1‑k)逐渐移出w1(n)的区域，直至k＝2M‑2，此时w1(n)和w2(n+M‑1‑k)只有一个重合点M‑1，对于每个k,将w1(n)和w2(n+M‑1‑k)k＝M…2M‑2的重合点对应相乘并求和，赋值给Rww(‑M+1+k)；经过上述四步，即获得了离散序列w(n)的自相关函数为Rww(m)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，选择Morlet小波作为母小波，其表达式为：其中ω0为中心频率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将母小波按生物雷达回波的数据帧间周期Δt离散化，同时将尺度参数和平移参数也离散化，形成离散小波函数：取a0＝2,b0＝1，则离散小波为：‑j/2‑jψj,k(mΔt)＝2ψ(2mΔt‑k)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将自相关函数序列Rww(m)进行离散小波变换，得到小波系数为：2CN115844355A权利要求书2/2页7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将小波系数中尺度序列转换为实际频率序列f，结合时间序列t，最后将小波系数转换成时频图，根据时频图中突出的频率成分，即可确定心率大小。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UWB雷达不断产生脉冲电磁波，由功率放大器放大，通过发射天线发射，电磁波遇到被监测人身体反射，由于人体胸腔的起伏运动将原信号调制，形成多普勒效应，并产生回波信号。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1‑8任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器