使用 MIMO FMCW 雷达进行多人定位与生命体征监测的鲁棒体模辅助框架
信号处理
2025-01-14 v1
摘要
随着心血管和呼吸系统疾病患病率的上升以及全球人口老龄化，医疗保健系统面临着越来越大的压力，需要采用高效、非接触式生命体征监测（NCVSM）解决方案。本研究引入了一个鲁棒框架，使用多输入多输出调频连续波雷达进行多人定位和生命体征监测，以应对现实世界杂乱环境中的挑战。本文提出了两项关键贡献。首先，开发了定制的硬件体模来模拟多人 NCVSM 场景，利用记录的胸部阻抗信号来复现真实的心肺动力学。该体模的设计有助于在各种条件下对雷达系统和算法进行可重复且快速的验证，从而加速其在人类监测中的部署。其次，在体模的辅助下，我们设计了一种鲁棒的多人定位算法，利用联合稀疏性和心肺特性，并结合抗谐波的基于字典的生命体征估计，以减轻呼吸谐波的干扰。此外，引入了自适应信号细化程序，利用估计值的连续性来增强连续 NCVSM 的准确性。通过12个体模试验和12个人体试验（包括单人和多人场景）验证了性能，并与现有技术进行了比较，展示了卓越的定位和 NCVSM 性能。例如，在多人人体试验中，我们的方法在每分钟2、3和4次呼吸的误差阈值内，平均呼吸率估计准确率分别达到了94.14%、98.12%和98.69%，在相同阈值内心率准确率分别为87.10%、94.12%和95.54%。这些结果突显了该框架在医疗保健和物联网应用中实现可靠多人 NCVSM 的潜力。
引用
@article{arxiv.2501.06755,
title = {Robust Phantom-Assisted Framework for Multi-Person Localization and Vital Signs Monitoring Using MIMO FMCW Radar},
author = {Yonathan Eder and Emma Zagoury and Shlomi Savariego and Moshe Namer and Oded Cohen and Yonina C. Eldar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.06755},
year = {2025}
}