【摘 要】
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毫米波可以用来探测人体因心肺活动产生的生命信号,是一种新型的非接触式生命信号检测方法。相对于传统的心电图仪和光体积变化描记检测方法,毫米波可以穿透衣物、墙壁、绷带等介质对重感染和重度烧伤病人的生命信号进行检测。相对于激光和红外等非接触式检测方法,毫米波可以克服其存在的体积大和穿透性差等缺点进行检测。毫米波雷达具有天线尺寸小和易集成的特点,可以用来构建紧凑高效的检测系统,这使得毫米波技术在医疗诊断、
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毫米波可以用来探测人体因心肺活动产生的生命信号,是一种新型的非接触式生命信号检测方法。相对于传统的心电图仪和光体积变化描记检测方法,毫米波可以穿透衣物、墙壁、绷带等介质对重感染和重度烧伤病人的生命信号进行检测。相对于激光和红外等非接触式检测方法,毫米波可以克服其存在的体积大和穿透性差等缺点进行检测。毫米波雷达具有天线尺寸小和易集成的特点,可以用来构建紧凑高效的检测系统,这使得毫米波技术在医疗诊断、家庭监护和灾难救援等领域具有很大的应用前景。由于调频连续波毫米波技术具有极高的分辨率和较强的抗干扰能力,所以本文主要研究调频连续波体制下人体呼吸和心跳检测以及分离的方法,具体的研究工作和内容如下:（1）在介绍传统非接触式生命信号检测方法优缺点的基础上着重分析了基于毫米波的生命信号探测方法,并给出了该方法下中频回波信号的预处理方法。首先通过比较不同毫米波雷达工作方式存在的利弊选择了调频连续波体制毫米波雷达工作方式。然后介绍了毫米波雷达检测生命信号的相关理论,推导了利用相位变化检测胸壁微小位移的方法。最后推导了相位提取的方法,以及相位差信号和生命信号间的关系。（2）基于生命信号的特点研究了经典的有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波、递归最小二乘（RLS）自适应滤波、小波变换和改进型自适应集合经验模态分解（ICEEMDAN）这4种生命信号分离方法。利用FIR滤波器对模拟的生命信号进行处理分离出呼吸信号。针对呼吸谐波对心跳信号干扰的问题,利用RLS自适应滤波器抑制呼吸谐波分离出心跳信号。针对FIR滤波器和RLS自适应滤波器都不能同时分离出呼吸和心跳的问题,选取Coiflet小波基函数利用小波变换同时分离出呼吸和心跳信号。针对小波变换分离生命信号需要面对小波基选择和分解尺度数目确定的问题,利用ICEEMDAN方法完成了呼吸和心跳信号的自适应分离。（3）搭建了 77GHz毫米波雷达平台并使用接触式生命信号检测平台对检测结果进行了验证。将4种生命信号分离技术应用到实际的生命信号分离中,验证了这4种生命信号分离技术分离雷达生命信号的能力。对10名被测者在正常呼吸、缓慢呼吸和急促呼吸下的生命信号进行检测并使用ICEEMDAN方法进行分离,通过误差分析发现呼吸的平均检测误差均小于或等于0.02Hz,心跳的平均检测误差均小于或等于0.05Hz,测试结果表明该毫米波探测生命信号检测平台能够在复杂场景下有效检测生命信号。
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