基于希尔伯特–黄变换与频谱加权重构的毫米波雷达心率检测方法

摘要

近年来国内外健康问题十分严峻，心率作为评估人体健康状况的重要生命体征指标，对其进行无扰、低负荷检测已成为社会迫切需求.雷达技术的发展使非接触式心率检测成为可能，然而，由于心跳引起的胸腔振动极其微弱，很容易被呼吸谐波、环境杂波噪声淹没，如何克服检测过程中未知环境噪声与呼吸谐波干扰是当前面临的两大严峻挑战.为此，本文提出一种基于希尔伯特–黄变换（Hilbert–Huang transform, HHT）与频谱加权重构的毫米波雷达心率检测方法，实现心率的无扰准确检测.该方法主要由微动目标定位和心跳信号重构估计两种策略组成.其中，微动目标定位策略通过自适应恒虚警率（Constant false alarm rate, CFAR）动态阈值分析，提高动态未知噪声场景下微弱信号目标的定位精度；心跳信号重构估计策略首先通过HHT进行自适应时频局部化分析，提取对应心率区间的本征模态函数，并对其频谱能量进行加权重构，从而进一步抑制心跳信号中的呼吸谐波和噪声干扰，提高心率检测的分辨率.对不同受试个体在不同心率、距离、角度条件下进行实验，结果表明，与现有常用方法相比，本文所提方法可有效抑制呼吸谐波、环境噪声杂波干扰，显著提高人体心率检测精度.

关键词

毫米波雷达 / 非接触式心率检测 / 自适应恒虚警率 / 希尔伯特–黄变换 / 频谱加权重构

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62173032）; 佛山市科技创新专项资助项目（BK22BF005）; 广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金资助项目（2022A1515140109）; 山东省自然科学基金资助项目（ZR202212040125）