二次谐波加权重构的77 GHz FMCW雷达心率监测方法

doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.022

西安电子科技大学学报 ›› 2021, Vol. 48 ›› Issue (2): 173-180.doi: 10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.022

二次谐波加权重构的77 GHz FMCW雷达心率监测方法

郑春弟¹(),李刚²(),陈荟慧¹(),王爱国¹()

1.佛山科学技术学院电子信息工程学院,广东佛山 528225
2.清华大学电子工程系,北京 100084

收稿日期:2020-09-27 修回日期:2020-12-22 出版日期:2021-04-20 发布日期:2021-04-28
通讯作者: 李刚
作者简介:郑春弟(1979—),男,副教授,E-mail: cdzheng@fosu.edu.cn|陈荟慧(1978—),女,教授,E-mail: hhchen@fosu.edu.cn|王爱国(1986—),男,讲师,E-mail: agwang@fosu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(61972092);国家自然科学基金(61902068);清华大学国强研究院项目(2019GQG1008);广东省教育厅专项科研项目(2020KZDZX1206);广东高校教师特色创新研究项目(2019XJZZ09)

Heart rate monitoring method via weighted reconstruction of the 2 ^nd harmonic signal using the 77GHz FMCW radar

ZHENG Chundi¹(),LI Gang²(),CHEN Huihui¹(),WANG Aiguo¹()

1. School of Electronic Information Engineering,Foshan University,Foshan 528225,China
2. Department of Electronic Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China

Received:2020-09-27 Revised:2020-12-22 Online:2021-04-20 Published:2021-04-28
Contact: Gang LI

摘要/Abstract

摘要：

针对呼吸及其谐波强干扰下的心率估计问题,提出了一种利用心跳二次谐波信号加权重构的心率监测方法,并运用77 GHz 调频连续波雷达实现了心率的精准测量。在胸壁位移信号多分辨率分析的基础上,依据各层能量分布特性,对心跳二次谐波范围内的子频带进行加权处理,以凸显心跳二次谐波最可能出现的频率范围,这不仅避免了呼吸及其谐波的强干扰,而且也能避免谱峰估计中模型阶数选择难题。实测数据表明,提出的方法能在77 GHz FMCW雷达上实现高精度的心率监测。

关键词: 心率监测, 生命体征监测, 非接触式测量方法, 频率估计, 非接触式传感器

Abstract:

Under the strong interference of respiration and its harmonics,a weighted reconstruction method of the second harmonic signal of the heartbeat is proposed to significantly improve the measurement accuracy of the heart rate by using the 77GHz FMCW radar.Based on the results of multi-resolution analysis of the chest wall displacement signal,the energy distribution characteristics of each layer is used to weight the sub-band within the second harmonic range of the heartbeat,which can highlight the most likely frequency range of the second harmonic of the heartbeat.Therefore,both the strong interference from respiration and its harmonics and the difficult problem of model order selection in the spectral peak estimation can be avoided.Experimental results from real measured data validate that the proposed method can achieve high-accuracy heart rate monitoring based on the 77GHz FMCW radar.

Key words: heart rate monitoring, vital signs monitoring, non-contact measurement method, frequency estimation, non-contact sensors

中图分类号:

TN951

郑春弟,李刚,陈荟慧,王爱国. 二次谐波加权重构的77 GHz FMCW雷达心率监测方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2021, 48(2): 173-180.

ZHENG Chundi,LI Gang,CHEN Huihui,WANG Aiguo. Heart rate monitoring method via weighted reconstruction of the 2 ^nd harmonic signal using the 77GHz FMCW radar[J]. Journal of Xidian University, 2021, 48(2): 173-180.

图/表 9

图1

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表1

表2

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参考文献 17

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方法	第1人次	第2人次	第3人次	第4人次	第5人次	第6人次
参考值	64.34	60.28	61.60	62.06	63.43	80.65
文献[7]中方法	62.92	56.21	59.68	62.74	60.94	91.68
文中方法	63.53	62.05	61.60	64.01	61.93	79.54

方法	第1人次	第2人次	第3人次	第4人次	第5人次	第6人次
文献[7]中方法	2.21	6.75	3.12	1.10	3.92	13.68
文中方法	1.25	2.95	0.01	3.14	2.37	1.37

方法	第1人次	第2人次	第3人次	第4人次	第5人次	第6人次
文献[7]中方法	4.00	4.64	5.96	2.94	4.42	11.16
文中方法	3.23	3.16	2.77	2.80	3.70	4.61

方法	第1人次	第2人次	第3人次	第4人次	第5人次	第6人次
文献[7]中方法	6.16	7.55	9.64	4.73	6.85	14.02
文中方法	5.02	5.26	4.50	4.54	5.79	5.70

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