基于呼吸模式监测雷达的呼吸模式判决方法技术领域
本发明属于雷达领域，特别是一种基于呼吸模式监测雷达的呼吸模式判决方法。
背景技术
呼吸是反映人身体状况的重要信号之一。
传统的呼吸监测方法是接触式监测。接触式监测所使用的电极会使被监测者感到
束缚和不适，这将影响被监测者的生理特征，会对监测结果产生干扰。并且监测式监测无法
直接接触一些患者，会使应用范围受到限制，例如：接触式呼吸监测无法对大面积烧伤病
人、传感病患者、皮肤病患者、刚出生的婴儿进行监测。此外，监测式监测在每次监测之前，
需要专业的医护人员做将近一个小时的准备，操作繁琐，这将耗费一定的人力和财力，且不
能实现呼吸的长时间监测。
因此，目前急需一种非接触式的呼吸模式监测方法，但是现有技术中尚无相关描
述。
发明内容
本发明的目的在于针对接触式呼吸监测存在的不足，提供一种基于呼吸模式监测
雷达的呼吸模式判决方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于呼吸模式监测雷达的呼吸模式判决
方法，包括以下步骤：
步骤1、用呼吸模式监测雷达采集信号，将测得的心跳、呼吸的混合信号进行解调，
得到呼吸信号，并对呼吸信号进行低通滤波，得到去除杂波干扰后的呼吸信号；
步骤2、截取30秒去除杂波干扰后的呼吸信号，并进行特征提取，得出能够区分不
同呼吸模式呼吸信号的特征参数；具体为：
步骤2-1、提取呼吸信号上包络方差max_var，具体为：设门限值0.049，将大于该门
限的呼吸信号的上升沿峰值提取出来，对得到的呼吸信号的上升沿峰值向量求方差，得到
呼吸信号上包络方差max_var；
步骤2-2、提取呼吸信号瞬时频率方差ins_f_var，具体为：对呼吸信号进行希尔伯
特变换并进行平滑，得到呼吸信号的瞬时频率向量，再对该向量求方差，得到呼吸信号瞬时
频率方差ins_f_var；
步骤2-3、提取呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av，具体为：对步骤2-2得到的呼吸
信号的瞬时频率向量取平均，得到呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av；
步骤2-4、提取呼吸信号短时过零率最小值cross_ze_min，具体为：由如下公式：
得到呼吸信号短时过零率最小值cross_ze_min，式中，x(n)是预处理后的呼吸信
号，N是窗内的采样点数。若设窗长为4秒，采样频率为100，则窗内的采样点数为400。
步骤3、确定不同呼吸模式和特征参数之间的映射关系；具体为：
A、正常呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率
方差ins_f_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av在0.2到0.33之间，短
时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
B、潮式呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差
ins_f_var大于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为0；
C、潮式变体呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率
方差ins_f_var小于等于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
D、节律障碍型呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频
率方差ins_f_var大，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
E、库玛式呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频
率方差ins_f_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av大于0.33，短时过
零率最小值cross_ze_min值为非0值。
步骤4、根据步骤3的映射关系，判决呼吸模式监测雷达获取的呼吸信号属于何种
呼吸模式。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明利用呼吸模式监测雷达可以
实现呼吸的非接触式监测，它能够穿透衣物与被褥等障碍物，与传统的接触式监测相比，操
作更便利，能减少人体的不适感，并且可以克服很多的局限性。2)监测了多种常见的呼吸模
式，并选择了合适的特征参数，分析得到呼吸模式和这些特征参数之间的映射关系。于是，
根据未知呼吸信号的特征参数，便能判决它属于何种呼吸模式。3)方法简单有效，性能可
靠，便于实施。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明实现呼吸模式判决的步骤框图。
图2为正常呼吸的时域波形图。
图3为潮式呼吸的时域波形图。
图4为潮式变体呼吸的时域波形图。
图5为节律障碍型呼吸的时域波形图。
图6为库玛式呼吸的时域波形图。
具体实施方式
一种基于呼吸模式监测雷达的呼吸模式判决方法，包括以下步骤：
步骤1、用呼吸模式监测雷达采集信号，将测得的心跳、呼吸的混合信号进行解调，
得到呼吸信号，并对呼吸信号进行低通滤波，得到去除杂波干扰后的呼吸信号；
步骤2、截取30秒去除杂波干扰后的呼吸信号，并进行特征提取，得出能够区分不
同呼吸模式呼吸信号的特征参数；具体为：
步骤2-1、提取呼吸信号上包络方差max_var，具体为：设门限值0.049，将大于该门
限的呼吸信号的上升沿峰值提取出来，对得到的呼吸信号的上升沿峰值向量求方差，得到
呼吸信号上包络方差max_var；
步骤2-2、提取呼吸信号瞬时频率方差ins_f_var，具体为：对呼吸信号进行希尔伯
特变换并进行平滑，得到呼吸信号的瞬时频率向量，再对该向量求方差，得到呼吸信号瞬时
频率方差ins_f_var；
步骤2-3、提取呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av，具体为：对步骤2-2得到的呼吸
信号的瞬时频率向量取平均，得到呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av；
步骤2-4、提取呼吸信号短时过零率最小值cross_ze_min，具体为：由如下公式：
得到呼吸信号短时过零率最小值cross_ze_min，式中，x(n)是预处理后的呼吸信
号，N是窗内的采样点数。
步骤3、确定不同呼吸模式和特征参数之间的映射关系；具体为：
A、正常呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率
方差ins_f_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av在0.2到0.33之间，短
时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
B、潮式呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差
ins_f_var大于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为0；
C、潮式变体呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率
方差ins_f_var小于等于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
D、节律障碍型呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频
率方差ins_f_var大，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值；
E、库玛式呼吸：呼吸信号上包络方差Max_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频
率方差ins_f_var小于等于10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av大于0.33，短时过
零率最小值cross_ze_min值为非0值。
步骤4、根据步骤3的映射关系，判决呼吸模式监测雷达获取的呼吸信号属于何种
呼吸模式。
本发明利用呼吸模式监测雷达可以实现呼吸的非接触式监测，它能够穿透衣物与
被褥等障碍物，与传统的接触式监测相比，操作更便利，能减少人体的不适感，并且可以克
服很多的局限性。
下面进行更详细的描述。
结合图1，本发明的基于呼吸模式监测雷达的呼吸模式判决的步骤如下：
步骤1：用呼吸模式监测雷达采集信号，将测得的心跳、呼吸的混合信号进行解调，
得到常见呼吸模式的呼吸信号，并进行低通滤波，得到去除杂波干扰后的呼吸信号；
步骤2：截取去除杂波干扰后的呼吸信号的其中30秒，并进行特征提取，得到一系
列能够区分不同呼吸模式呼吸信号的特征参数；
步骤3：分析并得到不同呼吸模式和特征参数之间的映射关系；
步骤4：根据映射关系，判决未知呼吸模式监测雷达获取的呼吸信号属于何种呼吸
模式。
结合图2，成年人在平静时的正常呼吸为12‐20次/分钟。
结合图3，潮式呼吸的特点是呼吸逐渐增强，逐渐减弱，接着一段呼吸暂停，构成一
个周期。
结合图4，潮式变体呼吸，类似潮式呼吸，区别在于接着不是呼吸暂停，而是略微变
化(防窒息模式)。
结合图5，节律障碍型呼吸的特点是节律、速度、幅度都是没有节奏地变化。
结合图6，库玛式呼吸的特点是呼吸频率快。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
结合表1，用呼吸模式监测雷达采集5个呼吸信号，列出这5个信号的特征参数，参
考权利3中的呼吸模式和特征参数的映射关系，可以判决这5个信号属于何种呼吸模式。
表1
呼吸信号
Max_var
ins_f_var
ins_f_av
cross_ze_min
信号1
0.000722
0.000122
0.617
4
信号2
0.00634
0.00941
0.402
2
信号3
0.0158
0.000112
0.585
4
信号4
0.000287
0.000234
0.246
2
信号5
0.0489
0.00984
0.330
0
信号1的呼吸信号上包络方差Max_var是10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差ins_f_
var是10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av大于0.33，短时过零率最小值cross_ze_
min值为非0值。由此得出结论：信号1是库玛式呼吸。
信号2的呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差ins_
f_var大于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值。由此得出结论：信号2是节
律障碍型呼吸。
信号3的呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差ins_
f_var是10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为非0值。由此得出结论：信号3是潮式
变体呼吸。
信号4的呼吸信号上包络方差Max_var是10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差ins_f_
var是10-4量级，呼吸信号瞬时频率平均值ins_f_av在0.2到0.33之间，短时过零率最小值
cross_ze_min值为非0值。由此得出结论：信号4是正常呼吸。
信号5的呼吸信号上包络方差Max_var大于10-4量级，呼吸信号瞬时频率方差ins_
f_var大于10-4量级，短时过零率最小值cross_ze_min值为0。由此得出结论：信号5是潮式呼
吸。
由上可知，本发明的方法简单有效，性能可靠，便于实施。