(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211222883.1 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 西北农林科技大 学 地址 712100 陕西省西安市杨凌示范区 邰 城路3号 (72)发明人 王天本　李张本　刘现涛　严宏昊　 胡瑾　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 段俊涛 (51)Int.Cl. A61B 5/08(2006.01) A61B 8/00(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于声波的非接触式全向多目标呼吸 监测方法与装置 (57)摘要 一种基于声波的非接触式全向多目标呼吸 监测方法， 所述多目标位于同一个室内， 在室内 设置声波收发器发送正弦调频波并接收回波； 对 回波做带通滤波， 滤除扫频范围以外的噪音； 计 算滤波之后的回波的冲激 响应； 按行累积冲激 响 应， 得到冲激响应随时间变换的矩阵； 计算矩阵 每一列的自相关函数； 按照呼吸特征筛选周期性 满足要求的自相关函数所在列， 即所有目标的呼 吸波； 对所有目标的呼吸波， 利用自相关函数构 建呼吸频率计算方法； 计算并分离不同频率的呼 吸波； 根据呼吸频率的不同实现多目标呼吸波的 匹配。 本发明对被测对象位置和设备朝向鲁棒； 不需要提前得知受试者数量； 呼吸频率分辨率 高， 对于呼吸相近的目标也能够精确区分。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115517655 A 2022.12.27 CN 115517655 A 1.一种基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 所述多目标位于同一个室内， 其特征在于， 包括如下步骤： S1， 在所述室内设置声 波收发器， 所述声 波收发器发送正弦调频波并接收回波； S2， 对所述回波做带通滤波， 滤除扫频 范围以外的噪音； S3， 计算滤波之后的回波的冲激响应； S4， 按行累积所述冲激响应， 得到冲激响应随时间变换的矩阵； S5， 计算所述矩阵每一列的自相关函数； S6， 按照呼吸特 征筛选周期性满足要求的自相关函数 所在列， 即所有目标的呼吸波； S7， 对所述所有目标的呼吸波， 利用自相关函数构建呼吸频率计算方法； S8， 计算并分离不同频率的呼吸波； S9， 根据呼吸频率的不同实现多目标呼吸波的匹配， 最终 实现多目标呼吸波可视化。 2.根据权利要求1所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S1， 正弦调频波在t时刻的频率f(t)、 相位u(t)和时域 正弦信号s(t)分别如下式所示： fc、 B和T分别表示载波频率、 扫频 带宽和扫频周期， fc大于目标听觉频率， 0 ≤t≤T； 为发送的正弦调频波加入占空比st(n)， 以接收到一次发送信号的完整回波， 占空比st (n)如下式所示： 式中， w(n)为窗函数w(t)的离散形式， n为采样点， T ′表示发送周期， Ts表示采样间隔， Ts ＝1/Fs， Fs为采样频率， T ′ ‑T大于发送信号经 过室内反射并被接收的最大多径时延值。 3.根据权利要求2所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S3， 当前时刻的冲激响应 计算式如下： R(n)表示接收信号即回波r(n)的傅里叶变 换， C(n)表示 st(n)对应的逆滤波器c(n)的频 域， 式中S(n)为st(n)的傅里叶变换， ε(n)为频域补偿因子， S*(n) 为频域平 滑补偿因子 。 4.根据权利要求3所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115517655 A 2述S4， 冲激响应随时间变换的矩阵表示 为S， S大小为 k×M， 表达式如下： 式中， Si为S的第i列， 代表 时间延迟为i/Fs的多径信号的幅度变化序列， M为矩阵S 中累 积的 的数量， 即Si的长度， 1＜i＜k， k为S的列数， 表示tm时刻的环境 中的系统 冲激响应， 1＜m＜M， m为S的行 数， 每个时刻的冲激响应长度为 k。 5.根据权利要求4所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S5， 矩阵每一列的自相关函数表示 为A(n)， 计算公式如下： 其中， cn是Si的自协方差， n ＝0， 1， 2， . ..， M‑1， cn的定义如下： Si(j)表示Si中的第j个元 素， 为Si的均值。 6.根据权利要求5所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S7， 利用自相关函数计算呼吸频率频率的方法如下： 自相关峰值 ld和呼吸频率R的关系如下式： 频率为R1和R2的两个呼吸波信号自相关函数第d个峰值的差值如下式： 经过呼吸频率计算后， 按照不同的呼吸频率进行呼吸波序列分离， 不同的呼吸频率对 应不同的被测目标。 7.根据权利要求6所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S8， 计算每个频率的呼吸波序列与前一个时刻该频率呼吸波序列各个点对应相加的1范 数， 其中第一个序列与全零序列进 行计算， 若当前序列与上一个序列相位相差π， 则当前的1 范数会接近零， 若当前序列与上一个序列相位相近， 则当前的计算得到的1范数会接近单个 序列1范数的二倍， 由此进行分离后的呼吸波的相位校正。 8.根据权利要求7所述基于声波的非接触式全向多目标呼吸监测方法， 其特征在于， 所 述S9， 在获取对应于多个目标的合成呼吸波序列后， 先通过自相关峰值的索引计算出当前权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115517655 A 3