基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統

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基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統如今我國已經進入了老齡化社會，同時人進入老年後常常遇到一些疾病的侵擾，老年人的心跳和呼吸是重要的生命體徵信號，檢測方式有心電圖儀（ECG）和光體積變化描記(PPG)。心電圖儀和光體積都為接觸式的檢測方式，但在對空巢老人和失能老人的體徵信號檢測時有很大的局限性。雖然市場上監測老人身體狀況指標的產品琳琅滿目，但都需要老人進行佩戴，即與老人直接接觸才能進行檢測，同時對檢測老人的是否昏倒大都採用視頻監控的方式進行，隱私性不高，在浴室等一些不方便安裝攝像頭的場所，則不能對老人是否跌倒進行判斷，因此提供一種能夠保護隱私的非接觸式的醫療健康檢測產品是符合人們和市場需求的。

目錄

技術要點

本文旨在設計一種基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統 ，毫米波雷達具有帶寬寬、波束窄、分辨率高、體積小便於攜帶等優點，產品可以安裝於客廳、臥室、浴室等場所。通過毫米波雷達檢測呼吸和心跳引起的人體胸壁表面的運動，對回波信號進一步處理來提取呼吸和心跳速率，可以對老人的呼吸心率進行檢測，提供實時、快捷、高效、低成本的，物聯化、互聯化、智能化的醫療監護服務，非常方便。針對老人在隱私性很高的場所（如浴室）昏倒的狀況，利用毫米波雷達來監測老人摔倒的狀態，極大地保護了隱私。此外基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統 還支持通過身份驗證的方式來控制家庭中的門鎖，家中濕度溫度檢測，以及燈光的調節，給老人帶來健康安全舒適的居家養老體驗。

難點與創新點

（1）觀察信號長度的的選取。在呼吸和心跳的觀察中，為了追求實時性，及時發現一些生理變換，必定要選擇合適的觀察窗口。假如選取的信號觀察長度過長，一些短時間的生理變化會很難被檢測出來，而且如果在這段觀察窗口中存在一些較大的干擾，那將會對最後的觀察結果產生很大的影響。當觀察窗口長度過短時，將導致頻率分辨率降低，使得一些頻率分辨不開，周期提取難度加大。因此在進行算法估計的時候，要選擇合適的觀察窗口長度。

（2）呼吸和心跳信號分離。雷達進行生命信號探測時，得到的是呼吸和心跳的複合信號。因此在信號估計時，應該將兩個信號分開。心跳信號幅度非常弱，呼吸信號比心跳信號強的多，導致心跳信號不好分離出來。同時心跳信號也會受強雜波淹沒。由於雷達函數為非線性，所以呼吸信號的諧波與心跳信號易產生交調，這將為心肺信號的分離增加難度。

（3）生命信號特徵提取。我們實際生活中人體的心肺信號頻率是隨時間變化的，採用離散傅里葉變換有很大局限性。所以在實際測試中要通過一些新的特徵估計算法來提取心肺信號特徵。

（4）對溫度、時間漂移抑制能力的補償算法研究與實現和老人昏倒場景的非均勻性自適應校正算法研究與實現。

（5）具有監測老人心率和呼吸的能力，該系統能夠對老人的身體狀況進行實時反映，並進行數據顯示。

（1）具有判斷老人是否昏倒的能力，利用雷達判斷老人在浴室或客廳等場景是否跌倒並採取相應措施。

應用前景

本文是基於毫米波雷達對老人健康指標的檢測，主要實現雷達非接觸式檢測人體生命信號，設計的基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統 基本達到了預期設計目標，檢測結果與目前主流接觸式心電檢測儀準確的度相吻合，但是還有很大的優化空間，但由於團隊經驗和能力不足致使實際設計過程中走了很多彎路。本設計所實現的基於毫米波雷達的智慧醫療控制系統 已經具備基本的框架，但還有很多地方有待進一步提高和優化，一些沒有考慮到的功能需要進一步完善。由於現階段還處於實驗室測試階段，後期要進行商用的話還可以從以下幾個方面進行拓展：

（1）本文的測試場景是人坐在雷達傳感器面前進行檢測，這對未來廣泛的應用有很大的局限性。並且在目標檢測上的判定方法，較為單一，對信號的估計會帶來較大的誤差。所以在後續的學習研究中方要對目標檢測算法應用到生理信號檢測中，目前深度學習、神經網絡算法、卡爾曼濾波是很好動態目標估計檢測算法。另外醫院在給病人進行心電分析時，要對病人的異常的心電信號進行性分析，未來在通過大量的不同病症下樣本檢測和數據對比分析也可以找到相關的數據特徵進行判定。

（2）在硬件電路方面，目前功能實現是基於EVBSN013毫米波雷達開發模塊，在後續自主設計中，可以根據特定的應用需求來實現多模塊級聯，天線陣列設計仿真實現更優的處理效果。

（3）在產品端加入疾病預測模塊，採用合適的疾病預測算法，根據採集的生理數據結合電子病歷等對老人的身體狀況進行疾病預測，並將預測結果和改善意見反饋給老人及子女，便於老人和子女隨時掌握老人的身體狀況並可進行遠程會診。

（4）由於時間限制，目前使用的是毫米波雷達一發兩收收進行信號採集，所以在後續多目標檢測中有很大的限制條件。後續應該進行多發多收配置，實現對多人在複雜情況下的生命信號的進行檢測。