连续波生物雷达生命体征检测平台与实验研究

为全面提高实践教学质量,基于当前生物雷达生命体征检测的研究热点,开发了一个低成本的连续波生物雷达生命体征检测平台,用于开展呼吸、心率的非接触式检测实验研究。该实验平台以人体为被测对象,搭载了生物雷达传感器,以MSP430F5529 LaunchPad为硬件基础,设计了雷达基带信号调理电路板,并利用MATLAB/LabVIEW进行体动信号的数据处理和分析,提取呼吸、心跳信号。实验内容涵盖模拟电路、单片机与嵌入式系统、信号与系统、数字信号处理等多门课程内容。基于该实验平台进一步开展非接触式呼吸、心跳检测在医疗诊断、家庭监护领域的应用研究和创新开发,培养学生的创新精神和综合能力。

一种自由空间下非接触辨识人与动物的生物雷达信号处理算法

目的提出一种非接触辨识人与动物的生物雷达信号处理算法,以增强辨识准确性和鲁棒性。方法采用中心频率7.29 GHz、带宽1.4 GHz的片上超宽带生物雷达系统采集人体与动物在自由空间条件下的雷达信号,经直流滤波、低通滤波、自适应滤波算法进行信号预处理后,从频率和能量角度提取增强型呼吸与心跳能量比特征。结果人与动物辨识结果显示,与传统的呼吸与心跳能量比特征相比,本文所提的增强型呼吸与心跳能量比特征具有高准确率、高鲁棒性的特点,可以消除因个体差异而导致辨识误判的现象。结论基于生物雷达信号提取的增强型呼吸与心跳能量比特征能更准确辨识人体和动物目标,该方法可作为非接触智能化健康监测设备的底层基础性技术,帮助其辨识目标,进而确保信号来源的准确性和可靠性,应用价值较高。

基于FT6678_BIOS和网络通信的雷达信号处理系统设计

本文面向雷达信号数据处理系统应用需求,基于国产银河飞腾M6678DSP芯片及其SYS/BIOS实时操作系统和网络通信机制,并结合多线程并发调度和低耦合分层架构设计,给出了SYS/BIOS操作系统下的实时雷达信号处理系统设计。与传统使用while循环和中断实现复杂系统的方法相比,本文实现的雷达信号处理系统具有调试方便,实时性高,开发时间少,以及兼容性、继承性和可移植性较好,具有一定的工程价值。

人体睡眠监测设备的研究现状

介绍了可穿戴式和非可穿戴式人体睡眠监测设备的研究现状,分析了各类睡眠监测设备在睡眠监测中的优势与局限性,指出了基于生物雷达的非可穿戴式人体睡眠监测设备不受环境噪声和光线制约,更适用于日常非接触家庭式睡眠监测。

非接触生物雷达基于自适应滤波的心跳信号检测

目的:从生物雷达非接触检测到的呼吸和心跳的混合信号中有效地分离出心跳信号。方法:利用基于RLS算法的自适应噪声抵消器,提出一种分离心跳信号和呼吸信号的方法。结果:采用基于RLS算法的自适应抵消器能够分离出心跳信号,其心率与从心电信号获得的心率具有很强相关性(γ2=0.95,P<0.000 1)。结论:该文提出的分离心跳信号的方法具有较好的实用性,有望实现呼吸和心跳信号的实时分离。

UWB生物雷达多静止人体目标呼吸检测中“遮蔽效应”的实验研究

目的:研究使用超宽带(ultra wide band,UWB)生物雷达进行多个静止人体目标探测时的"遮蔽效应",为最终解决多目标探测难题打下基础。方法:以模拟呼吸装置为探测目标,设计UWB生物雷达多静止目标呼吸检测实验,研究目标的呼吸频率、幅度以及目标之间的角度、距离等因素对"遮蔽效应"的影响。结果:"遮蔽效应"主要受多个目标之间的相对位置影响,目标的呼吸频率或呼吸幅度对其影响不明显。结论:在对多个静止人体目标进行呼吸检测时存在"遮蔽效应",产生该效应的主要原因是前一个目标本身对电磁波传播的阻挡,而其呼吸参数改变时对"遮蔽效应"没有明显影响。

搜救生物雷达生命体征监测的PDA实现

目的:将无线局域网(wireless local area networks,WLAN)技术应用于搜救生物雷达中,实现对被压埋人员生命体征的手持式实时监测。方法:使用C#语言,基于Pocket PC平台,应用套接字(Socket)网络编程方法、多线程编程技术和图形设备接口(graphics device interface plus,GDI+)技术实现生物雷达探测呼吸波形在个人数字助手(personal digital assistant,PDA)上的实时动态显示。结果:该系统实现了基于PDA的压埋人员微弱生命体征的实时监测,可为救援人员提供动态、翔实的生命特征,以便科学施救。结论:该系统可以克服以往探测过程中只能给出有无目标而不能对目标生理状态进行监测的缺点,为搜救人员制订救援方案提供参考。

连续波生物雷达体征检测装置与实验研究

非接触式的生命体征检测技术能够为健康监护提供一种有效辅助手段。该文使用微波雷达技术研制人体生命体征检测装置。根据多普勒原理设计连续波雷达电路实现人体微动信号检测;采用短时傅里叶变换与插值算法实现人体心率和呼吸频率参数提取;引入嵌入式平台实现装置的小型化设计和集成;编制嵌入式信号处理软件实现实时的信号处理、记录和显示。通过利用模拟装置和人体进行实验研究与性能评测,结果表明:检测系统可有效检测单个静止人体目标的生命体征,工作距离范围达90 cm,心率识别率达96%。

一种基于能量谱非接触呼吸暂停检测技术的研究

目的:研究一种适用于生物雷达非接触呼吸暂停检测和识别的新技术。方法:根据正常的呼吸信号与发生呼吸暂停时信号的强度特点,提出了一种基于时域的能量谱的方法。首先对构造的呼吸暂停信号进行处理并根据阈值进行判断,然后对雷达采集到的信号进行处理并判断是否发生了呼吸暂停。结果:采用该方法,在信噪比大于-8 dB的环境中能够很好地判断出是否发生了呼吸暂停。结论:该文提出的基于能量谱的方法能够较好地、实时地判断出人体是否发生了呼吸暂停。

生物雷达检测中呼吸和心跳实时分离技术的研究

目的:从生物雷达检测到的体动信号中分离出心跳信号。方法:采用自适应噪声抵消模型,基于递归最小二乘算法(recursive-least square,RLS)调整模型的输出,并将分离出的心跳信号与心电信号进行比较。结果:该方法可以从体动信号中分离出心跳信号,而且从心跳信号中提取的心率值与从心电信号提取的心率值具有很强的相关性。结论:基于自适应噪声抵消技术,可以实现生物雷达检测中呼吸和心跳的分离。

一种非接触式呼吸暂停报警装置的研制

本文阐述了一种非接触式呼吸暂停报警装置的研制过程。该装置主要由信号检测模块、控制与报警模块、电源模块3部分组成,可在低生理和心理负荷条件下对睡眠呼吸暂停进行非接触检测。该装置首先利用生物雷达实现对人体呼吸信号的非接触采集,然后通过硬件电路对呼吸信号进行多次滤波及放大,再通过微处理器对放大后的信号进行综合处理,最终实现对睡眠呼吸暂停的非接触检测,并且可根据处理结果进行报警。

一种基于连续波生物雷达的人体步态非接触检测系统

人体步态是一个全身肌肉骨骼协调运行的复杂机制,具有特异性,可以作为身份判别或临床疾病诊断的依据。本文介绍了一种基于连续波生物雷达的人体步态非接触检测系统,通过对人体走动时产生的雷达回波信号进行频谱分析,提取出人体步态信号的主要频率,并与加速度传感器获得的数据进行相干分析。实验结果表明生物雷达可以非接触地检测到人体的步态信号,并与加速度检测和视频监测结果具有较好的一致性。

基于超宽谱生物雷达微弱生命信号的非接触监测系统

目的：在穿透非金属障碍物情况下,用生物雷达实现对人体的呼吸和体动信号的现场、实时、非接触监测。方法：设计基于超宽谱（UWB）生物雷达的实时监测系统和参数;采用多线程编程技术,通过无线网络方式实时采集携带人体微弱生命体征的生物雷达回波信号;实时对生物雷达回波信号进行处理。结果：从生物雷达的回波信号中能有效提取出微弱生命呼吸信号和体动信号,并实时显示波形。结论：该系统实现了在穿透障碍物情况下现场、实时、非接触监测人体微弱生命信号,为平、战时更有效地实施医学救援提供了一个新的方法和手段,对临床非接触监护的实现也具有一定意义。

生物雷达语音信号探测技术研究进展

语音信号的获取对人类进行交流具有重要意义。生物雷达技术具有非接触、非侵入、安全、方向性好、灵敏度高、抗干扰能力强,并具有一定穿透性等多种优点,在语音信号探测领域具有重要应用前景。该文首先回顾了语音探测技术的发展历程,然后综述了生物雷达语音探测技术的研究现状,给出了生物雷达探测语音信号的基本原理,并对3种不同体制的生物雷达语音探测系统性能进行了对比阐述。最后对生物雷达语音信号探测技术的应用前景进行了展望。

不同身体姿势对雷达式生命体征监测系统的影响

目的研究在生物雷达监护系统中,不同的身体姿势对雷达回波信号提取生命体征参数的影响。方法设计实验采用监护过程中最常见的平躺和坐姿两种姿势,研究上述姿势的生物雷达回波信号分析方法,提出改进自适应对消滤波算法。结果两种姿势下,自适应抵消器输出滤波信号的中心频率与同步监测的心跳信号频率一致,且位于该点的信号能量最强。结论运用改进的自适应对消滤波算法能够在不同的姿势状态下,得到有效的生命体征参数呼吸和心跳信号。

UWB搜救生物雷达分段时窗探测系统的实现

本文在原有大时窗搜救生物雷达基础上,改进硬件电路设计,实现了对时窗的分段自由选择,同时进一步结合delphi多线程编程技术,通过无线网络采集雷达回波数据,对得到的回波进行信号处理给出时窗分段探测结果。新建立的搜救生物雷达分段时窗探测系统,能够控制实现任一分段时窗自由选择探测和分段时窗从前往后连续探测,该系统在探测准确性,时窗选择灵活性等方面均优于原有探测系统,可用于复杂环境的救援行动,能大幅提高灾后救援效率。

基于双曲线模型的生物雷达二维定位算法

目前多通道生物雷达目标二维定位多采用多条圆弧相交的算法,该算法容易因单通道定位不准而造成圆弧无法相交于一点的情况。本文提出了在一种基于双曲线模型的目标二维定位方法,该方法利用其中两个通道信息所确定的双曲线并结合另一个通道信息所确定的圆弧对目标进行二维定位。自由空间实验和穿墙实验结果表明,该定位方法能在直角坐标系下较准确地确定目标的二维坐标,二维坐标与目标实际位置之间的平均误差在10 cm左右,从而验证了该实验方法的正确性和有效性。该算法计算简便,结果可靠,可以为实际搜救工作提供有效的指导。

基于生物雷达技术非接触生命探测实验研究

生物雷达是雷达技术与生物医学工程技术相融合、用于探测生命信号的特殊雷达,是近年来国外提出的一种非接触生命探测技术。本文为了检验搭建的连续波生物雷达系统探测生命的可行性和有效性,对六种不同状况下的被探测区域进行实验,结果表明:与无生命体或距离较远时相比,当探测区域存在生命体且距离较近时探测曲线会出现一个明显的下陷峰且幅值较高,和前者的探测曲线相比存在明显差异。故连续波生物雷达系统探测生命不仅可行而且有效。

脉搏波传导时间的非接触式提取

目的:利用生物雷达技术实现脉搏波传导时间的非接触式提取。方法:通过生物雷达测量脉搏波起始时间,指尖脉搏来测量终止时间,两者时间差为脉搏波传导时间。结果:对多名实验对象进行采集对比,在距离0.5 m处可以有效提取心搏动特征点,并提取脉搏波传导时间,与传统方法对比具有较高的一致性。结论:生物雷达可以在非接触状态下实现脉搏波传导时间的检测,对于临床诊断具有重要的应用价值。

基于DSP的多功能汽车防撞雷达的设计

本系统基于C6000系列DSP的实时操作系统DSP/BIOS的多线程多任务管理,对前视雷达和后视雷达的接收信号同时进行实时处理,是集车载前视雷达、后视雷达、倒车雷达的功能于一体的多功能汽车防撞雷达。在软件方面,利用AR模型功率谱估计的burg算法、MTD-上下扫频相互匹配法对接收到的中频信号进行处理,提高了信噪比和信号处理的准确度,更好地解决多目标问题,降低虚报警、漏报警率。