近年來，利用毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)非接觸式生命體征檢測(cè)（包括呼吸和心跳）已經(jīng)逐漸成熟并成功商用。安富利使用英飛凌BGT60TR1X系列雷達(dá)芯片，利用其一發(fā)一收兩根天線，將采集得到的數(shù)據(jù)在通用的低成本處理器ARM M7上進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離低成本的呼吸心跳檢測(cè)方案，并且此方案是能夠在大范圍內(nèi)自動(dòng)檢測(cè)并捕獲呼吸的智能方案。

硬件平臺(tái)

英飛凌60GHz雷達(dá)感應(yīng)芯片BGT60TR13，有5GHz的掃頻帶寬；在FMCW工作模式中，可以在距離維上實(shí)現(xiàn)3cm的高分辨率。生命體征檢測(cè)方案只用一發(fā)一收兩根天線即可正常工作，后續(xù)方案將用英飛凌BGT60TR11，成本更加低廉。安富利目前的呼吸心跳捕獲檢測(cè)算法運(yùn)行在一顆ARM M7 的MCU上，NXP I.MX RT1050以及Microchip的ATSAMS70Q21都是不錯(cuò)的選擇，方案框圖如圖1所示。

圖1： 安富利60GHz毫米波雷達(dá)功能示意

算法演示

安富利生命體征檢測(cè)算法，可以自動(dòng)屏蔽非生命物體，并可以自動(dòng)提取有效數(shù)據(jù)。視頻演示環(huán)境中，筆者位于雷達(dá)前方1.32米，在掃頻帶寬5GHz情況下，對(duì)應(yīng)range index是44，視頻中左上圖breath range heatmap是整個(gè)空間的呼吸搜索熱圖，橫軸是待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)徑向距離，縱軸是檢測(cè)到的呼吸頻率。

Cfar on heat range heatmap是運(yùn)用恒虛警算法篩選出的有效目標(biāo)，鼠標(biāo)光標(biāo)處是筆者的所處的坐標(biāo)，呼吸大約23次每分鐘。視頻開始階段筆者正常呼吸，在31秒和1分20秒改為屏住呼吸，可以從視頻中清晰的看到呼吸消失。本算法可以自動(dòng)剔除待測(cè)目標(biāo)輕微晃動(dòng)引起的失效數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)有效性和測(cè)量的準(zhǔn)確性。因?yàn)楣P者需要遠(yuǎn)距離操作鼠標(biāo)，身體的輕微運(yùn)動(dòng)會(huì)損害測(cè)量的準(zhǔn)確性，算法能自動(dòng)識(shí)別并拋棄被輕微運(yùn)動(dòng)污染的數(shù)據(jù)。另外，筆者辦公室演示環(huán)境內(nèi)，很多強(qiáng)反射干擾物體，比如金屬窗框，椅子等已經(jīng)被算法自動(dòng)濾除。

綜合效果演示

視頻中左上圖可以解讀為呼吸引起的胸腔位移圖，筆者呼吸頻率為23次每分鐘，在1分06秒處開始屏住呼吸，呼吸減弱并消失。左下圖是心跳時(shí)域波形圖，右下角是文字打印信息。可以清楚看到筆者平穩(wěn)的呼吸信號(hào)，從右下角可以看到穩(wěn)定的信號(hào)輸出，包括距離維信息，呼吸頻率信息以及心跳信息。

總結(jié)

1.算法可以運(yùn)行在ARM通用處理器上，大幅度降低產(chǎn)品成本2.算法實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)濾除雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)的非生命物體，使得產(chǎn)品不受應(yīng)用場(chǎng)景限制3.算法實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)濾除由待測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)或者輕微移動(dòng)而被污染的呼吸心跳數(shù)據(jù)，提升了測(cè)量呼吸心跳的準(zhǔn)確性4.算法可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)待測(cè)生命信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了空間多目標(biāo)的搜索5.評(píng)估板將在2021年2月份開放申請(qǐng)，聯(lián)系你身邊的安富利銷售獲得詳細(xì)信息6.算法以及技術(shù)細(xì)節(jié)咨詢，請(qǐng)聯(lián)系郵箱hongsheng.wang@avnet.com

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