关键词：
毫米波
相位展开
FIR数字滤波器
小波变换
自适应滤波器
摘要：
毫米波是一种新型的非接触式生命信号检测方式,它可以检测出人体因心肺活动而产生的相关生命参数信号。与传统的心电、脉搏检测器相比,它不仅是非接触式的,而且具有一定的穿透能力,可以穿过衣物、被子等障碍物进行检测。与红外、激光等其他体制的非接触式传感器相比,毫米波受外界天气环境影响较小,因此具有全天候工作的能力。毫米波传感器由于其频率较高,天线尺寸小,可以构建紧凑且经济高效的检测系统。这些优点使得毫米波技术在医疗诊断、健康监护、灾难救援等领域具有很大的应用潜力,因此具有重要的研究价值和意义。本文主要研究调频连续波体制下人体呼吸和心跳信号的检测以及分离方法。主要完成了毫米波传感器系统的软硬件设计;根据相位信息进行微小位移的检测并实现对目标距离的跟踪;采用FIR数字滤波器和小波变换方法检测并分离呼吸和心跳信号。在此基础上针对心跳信号中呼吸谐波的干扰问题提出了基于自适应滤波器的呼吸谐波抑制方法。全文主要内容安排如下:首先,调研了非接触式生命信号检测技术国内外发展现状,分析了现有方法和技术的优点及不足。然后建立了人体生命信号检测的生理学模型,奠定了利用人体胸腔壁微小位移检测生命信号的基础。详细介绍了调频连续波雷达检测的相关理论,分析并推导了使用相位变化检测微小位移的方法。另外根据呼吸和心跳信号非平稳且时变的特点,还介绍了相关的微弱信号检测算法。接着,采用了高集成度收发一体芯片的方案,并配合收发天线及外围电路搭建了77GHz毫米波传感器硬件系统;根据芯片的通信协议设计软件配置框架;分析了发射波形相关参数对于检测效果的影响,并选择合适的参数完成了锯齿波形的配置。在检测呼吸和心跳信号之前,对中频信号进行了一系列的预处理工作。包括对目标进行距离追踪,提取目标所在距离单元的相位信息;编写算法对原始信号进行相位展开得到胸壁位移信息。在此基础上使用FIR数字滤波器初步分离出呼吸信号。最后,选取Coiflet小波基函数使用小波变换分离出心跳信号。进一步地讨论了呼吸谐波对于心跳信号的影响,提出了基于RLS自适应滤波器的谐波滤除算法,并进行了仿真验证,然后从实际的信号中分离出心跳信号。另外,还设计了实验对比本系统和普通的接触式检测系统的性能差异。实验结果表明,本文基于毫米波传感器的生命参数检测系统具有较强的实时性和准确性。
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