在复杂的多目标场景中估计心率:高精度FMCW雷达方案集成HDBS和VLW

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 雷达系统 雷达系统
• 信号处理 信号处理

背景情况:

• 使用频率调制连续波 (FMCW) 雷达进行非接触式心率估计,用于单个目标.
• 多目标场景在目标歧视和准确的心率估计方面存在重大挑战.
• 现有的方法在复杂的多人环境中未被充分探索.

研究的目的:

• 开发一种使用FMCW雷达进行可靠的多目标心率估计的新方案.
• 为了应对准确的目标歧视和在拥挤的环境中提取生命体征的挑战.
• 为了实现高精度,超分辨率的心率估计,减少计算负载.

主要方法:

• 高精度距离bin选择 (HDBS) 用于范围域定位.
• 多输入多输出 (MIMO) 阵列处理与根多信号分类 (Root-MUSIC) 用于角度域区分.
• 变化模式分解 (VMD),局部平均分解 (LMD) 和波段值 (WT) 级联 (VLW) 用于信号提取.
• 改进了快速代插入波束成形 (FIIB) 技术,以高效地估计心率.

主要成果:

• 拟议的方案在所有测试的场景中有效地歧视多个目标,包括密集的安排和封闭.
• 心率估计实现了平均绝对误差 (MAE) 低于每分钟2.6次 (bpm).
• 改进的FIIB算法显示,与标准版本相比,执行时间减少了60%左右.
• 通过距离和角度估计的低复杂度积累,可以获得足够的信号噪声比 (SNR) 增益.

结论:

• 开发的方案为多目标心率估计提供了可行的和强大的解决方案.
• 集成先进的信号处理技术使得在复杂的环境中能够准确地提取生命体征.
• 这项技术在需要非接触式生理监测的各种工程领域具有潜在的应用.