非接触式生命信号特征提取方法研究

• 作 者: 陈泉
• 出 处: 南京理工大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 非接触式 时分短时窗 恢复 正交解调 CEEMD

非接触式生命信号检测技术是利用雷达远距离测量人体呼吸、心跳特征的新兴技术。近年来,随着检测基础理论的完善,硬件成本的降低,该技术逐渐进入实际应用阶段。本文正是在这样的背景下,针对实际应用中的家庭监护、医疗检测两种热点场景,分别研究了两类生命信号特征提取方法:(1)面向家庭监护应用的实时提取方法。为提高实时性,本方法利用低频载波下的小角度近似解调,直接获取近似生命信号。通过时域寻峰法对呼吸频率进行实时提取。针对传统方法提取心率延时较长的缺点,提出基于时分短时窗的心率快速提取算法。并通过仿真和实测验证,该算法单次测量延时为2-5s,相比传统算法实时性显著提高。(2)面向医疗检测应用的高精度提取方法。为提高精度,本方法在高频载波下获取高相位分辨率的雷达基带信号。对实际硬件电路存在的正交失衡、直流偏置的影响,采用椭圆校准算法、拟合圆算法对精密运动信息进行恢复。提出扩展DACM正交解调算法获取生命信号线性波形。设计单摆实验测量了系统的正交失衡因子,同时验证了基带信号预处理算法的必要性、可靠性。采用完全集合经验模态算法(CEEMD)对呼吸、心跳信号进行分离,经与参考值对比,呼吸、心跳速率测量准确率达到98%以上,提取出的心跳时域波形达到心搏间隔可测,为医学诊断提供了具有参考意义的特征信息。对上述两种应用场景,分别搭建了实时提取系统、高精度提取系统,完成了系统的调试工作,并分析两种系统在人体抖动和呼吸谐波干扰下的性能与误差,并得出相应的结论,为后续工作提供了一定思路。