宇航员生理状态实时监测系统的设计与实现

摘要

随着我国航天技术的不断发展，实时监测宇航员的生理状态的需求不断凸显。本课题以心冲击信号为核心，设计并实现了可穿戴多生理采集系统，同时采集心冲击信号、心电信号和脉搏式血氧信号。本课题为评价航天员的生理状态和对心冲击信号进行研究主要进行了以下工作:
　　(1)搭建多生理信号联合采集系统。实现三种生理信号同步采集，并对系统进行了穿戴舒适性、系统功耗和信号质量三个方面的测试，为信号处理分析研究提供了硬件基础。
　　(2)研究心冲击信号处理和分析方法。在软件层中使用复杂度较低、实时性较好的滤波算法去除信号的干扰并对三种信号进行显示;在后续信号分析中，为了使得对于信号的分析更加准确，研究选用性能高的基于EMD和Hilbert变化的去噪算法保证信号质量;通过模板匹配算法实现心冲击信号特征点提取。
　　(3)探索基于心冲击信号的应用。基于心冲击信号和脉搏波信号提取脉搏波传导时间，依此进行血压的计算;对比同步采集的心电信号与心冲击信号获取心率变异性时域、频域指标，探究基于心冲击信号的心率变异性分析方法。
　　(4)设计实验验证采集设备、信号处理和信号分析的效果。分别设计实验验证去噪算法、特征点提取算法和心率变异性分析方法的有效性;对多传感器进行对比实验验证不同传感器采集的心冲击信号的相关性;设计实验探索心功能应用前景。
　　通过课题的研究，取得了以下成果:(1)搭建了多生理信号联合采集系统;(2)建立了信号处理和联合分析的方法;(3)探究了心冲击信号的医学应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 心冲击信号概述

1．1．2 心电信号概述

1．1．3 脉搏式血氧饱和度概述

1．2 研究目的与意义

1．3 研究现状

1．3．1 可穿戴健康设备研究现状

1．3．2 航天员生理状态监测研究现状

1．3．3 心冲击信号研究现状

1．4 论文主要内容

第二章 生理信号采集系统的设计与实现

2．1 系统总体设计

2．2 硬件层设计

2．2．1 心冲击信号采集模块

2．2．2 心电信号采集模块

2．2．3 脉搏式血氧信号采集模块

2．2．4 数据传输模块

2．2．5 电源模块

2．2．6 基于STM32微处理器的最小系统

2．3 固件层设计

2．4 软件层设计

2．4．1 软件功能

2．4．2 信号实时处理

2．5 系统测试

2．5．1 测试方法

2．5．2 测试样本说明

2．5．3 测试结果

2．6 本章小结

第三章 生理信号处理与分析

3．1 基于EMD和Hilbert变换的心冲击信号分析

3．1．1 算法流程

3．1．2 心冲击信号噪声去除

3．2 改进模板匹配特征点提取算法

3．2．1 理论基础

3．2．2 算法步骤

3．3 基于心冲击信号的无创血压算法

3．3．1 理论基础

3．3．2 算法步骤

3．4 心率变异性分析方法

3．4．1 理论基础

3．4．2 基于心冲击信号的HRV计算

3．5 本章小结

第四章 算法验证实验与应用研究

4．1 算法验证实验

4．1．1 去噪效果分析

4．1．2 特征点提取算法效果

4．1．3 心率变异性计算结果

4．2 多传感器对比实验

4．2．1 实验方法

4．2．2 实验结果

4．2．3 实验结论

4．3 心功能研究应用

4．3．1 实验背景

4．3．2 实验方法

4．3．3 实验结果

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢