基于时变滤波经验模态分解的非接触式心率变异性估计方法

民航从业人员的身体健康状况是影响航空安全的重要因素,其中呼吸和心跳是极其重要的健康状况表征。为解决接触式或穿戴式测量系统对人员工作时的局限与影响,可采用线性调频连续波(Frequency-modulated continuous wave,FMCW)雷达达到非接触式测量的目的。由于生命体征信号具有时变、非平稳的特点,针对经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)在信号分解中存在模态混叠现象的问题,使用时变滤波经验模态分解(Time varying filtering based on EMD,TVF-EMD)自适应信号的局部截止频率,可有效提高信号分离性能,解决模态混叠问题。利用TVF-EMD分解出的本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMF)分量重构心跳对应的时域信号,估计心跳信号的频率和心跳节拍间隔(Inter-beat interval,IBI),进一步对心率变异性(Heart rate variability,HRV)相关指标进行估计。仿真实验与实测数据处理结果表明,TVF-EMD可从毫米波雷达测量信号中有效分离出呼吸与心跳信号。同时,从模态混叠程度及信号分离性能两方面对TVF-EMD与EMD方法分解效果进行了仿真分析,结果表明TVF-EMD能够有效解决模态混叠问题。因此,TVF-EMD方法能够准确有效地从毫米波雷达测量信号中提取生命体征信息,为IBI估计和HRV分析提供准确的时域信息,具有广阔的应用前景。