超宽带雷达与多重分类算法相结合的呼吸与心跳监测方法

【摘要】：基于超宽带雷达的非接触式生命体征监测系统是将雷达技术应用于生物监测领域,其目的是通过非接触方式获取目标人体的呼吸和心跳频率。在新冠肺炎全球蔓延的大背景下,医院各方都在寻求更为有效与安全的监测手段,而基于超宽带雷达的非接触式生命体征监测系统,在保护病人生命安全的同时,也为前线医疗人员提供安全保障,集合了高效、安全的监测特征,不仅应用于防疫医疗监测,也适用于慢性病患者或老人居家呼吸心跳等健康体征监测,势将成为广受欢迎的监测手段。本文主要搭建了超宽带雷达监测系统,对超宽带雷达模块以及超宽带雷达天线进行选型,根据它们的性能参数,选出合适的超宽带雷达模块以及超宽带雷达天线,从而建立起超宽带雷达生命体征监测系统。在此基础之上,根据呼吸运动、心跳运动与胸腔起伏的联系,建立生命体征信号仿真信号。提出了MUSIC算法在超宽带雷达生命体征监测系统的应用,并通过仿真信号验证了MUSIC算法的可行性。对雷达回波进行信号的处理,去除雷达回波中的噪声、杂波等影响因素,为后续实验的展开提供较为纯净的含有生命体征信息的信号。接着进行超宽带雷达天线的实验验证和生命体征提取算法的实验验证,分别在正常环境和复杂环境下进行生命体征监测实验。超宽带雷达天线主要是选取了全向超宽带雷达收发天线、30度定向超宽带雷达收发天线、90度定向超宽带雷达收发天线,通过设置0.8m、1.0m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m六种实验距离,三种天线分别在六种距离上进行实验,得到目标人体生命体征回波图的波形以及运用MUSIC算法和傅里叶变换得到的呼吸心跳的频谱图,进行对比,最终选取合适的超宽带雷达天线,以及验证MUSIC算法的可行性。