基于滤波标签的时分多目标生命体征监测系统的研究

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随着科技的进步,人们开始越来越重视生命安全的保障及监测,实时有效地监测人体的各项生命体征数据,可以应对各种突发状况:例如训练过程中运动员的身体状况监测、长期护理设施中老年人的健康状况监测、监测婴儿猝死综合症或成人睡眠呼吸暂停。传统监测方法包括血氧仪、胸带、穿戴式心电采集装置等,然而它们不可避免地需要与目标接触。由于线缆的束缚,在很多场合都存在局限性且不适用于日常生活中。因此实现与人体无接触的生命体征的检测具有重要意义。虽然很多研究已经使用多普勒雷达实现了对单一目标生命体征的非接触式监测,但由于单频连续波系统缺乏瞬时带宽,普通的线性调频连续波雷达受到距离分辨率的限制,难以区分相距很近的两目标生命体征。因此在同一波束内多个目标相距很近的情况下的多目标生命体征探测,例如车内司机和乘客的生命体征实时监控,基于家庭的睡眠监测研究,室内复杂环境的生命体征监测等,依旧面临重大挑战。本文提出一种新型的基于滤波标签的时分多目标生命体征探测雷达系统,该方案基于差拍信号的时分方法,在线性调频连续波(FMCW)雷达系统中,利用不同标签反射的不同频段的信号,实现同一波束内两个近距离目标的生命体征检测和分离。由于雷达系统的相干特性,可以通过推导精确的基于相位的距离变化来获得多个目标的生命体征。主要工作如下:1)提出了时分多目标生命体征探测雷达方案,解决了同一波束内两个近距离目标的生命体征检测和分离问题。对所提出的方案进行了详细的理论推导,可行性分析以及系统信号仿真,仿真结果表明该方案可以通过滤波标签的时分方案区分多目标生命体征。2)提出了一种新颖的滤波标签,通过使用可调带通滤波器,背腔矩形贴片天线以及基片集成波导传输线实现了具有极化旋转特性的平面无源可调窄带标签。其中偏振旋转特性可以通过使用两种不同配置的辐射元件实现,中心频率可调特性通过使用机械可调SIW滤波器实现。该滤波标签实现了22.22GHz至23.72GHz的调谐范围,并且阻带抑制大于20d B。3)实现了基于滤波标签的时分多目标生命体征监测雷达系统。首先通过单目标佩戴标签的实验验证标签的极化旋转特性,之后通过多目标生命体征探测实验实现了同一波束下两目标之间的间隔距离小于0.1m时两目标的生命体征探测,主要是呼吸率的监测。实验结果表明所提出的系统测得呼吸率与呼吸胸带所监测的呼吸率相比,准确率约为97%,验证了该方案的可行性。
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