航天員生理遙測(cè)數(shù)據(jù)處理算法的研究與應(yīng)用
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
杜超，周淦，劉貴聰，焦翔，聶殿輝
華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京 100083
摘要： 在載人航天飛行試驗(yàn)任務(wù)中，地面指揮人員和醫(yī)學(xué)專家需及時(shí)掌握航天員在艙內(nèi)的生理狀況以保障航天員的安全。航天員的心率和呼吸率是評(píng)估航天員健康狀態(tài)的重要生理指標(biāo)。如何快速、準(zhǔn)確地計(jì)算航天員心率和呼吸率是工程任務(wù)面臨的技術(shù)難題之一。綜合考慮國(guó)產(chǎn)自主安全軟硬件條件下的計(jì)算能力，提出了基于自學(xué)習(xí)閾值的心率計(jì)算R波檢測(cè)算法，以及呼吸率計(jì)算的零點(diǎn)檢測(cè)算法，設(shè)計(jì)了一套心率和呼吸率可視化顯示軟件，提高了航天員生理數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確率，能夠?yàn)橹笓]人員和專家提供直觀可靠的決策依據(jù)。數(shù)據(jù)計(jì)算分析說明，所采用算法具備較高的準(zhǔn)確率和較低的計(jì)算需求，能夠滿足待發(fā)段、上升段對(duì)航天員實(shí)施醫(yī)學(xué)保障與醫(yī)學(xué)監(jiān)督的需要。
中圖分類號(hào)：TP319
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222625
中文引用格式： 杜超，周淦，劉貴聰，等. 航天員生理遙測(cè)數(shù)據(jù)處理算法的研究與應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：102-106.
英文引用格式： Du Chao，Zhou Gan，Liu Guicong，et al. Research and application of astronauts′ physiological telemetry data processing algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：102-106.
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222625
中文引用格式： 杜超，周淦，劉貴聰，等. 航天員生理遙測(cè)數(shù)據(jù)處理算法的研究與應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：102-106.
英文引用格式： Du Chao，Zhou Gan，Liu Guicong，et al. Research and application of astronauts′ physiological telemetry data processing algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：102-106.
Research and application of astronauts′ physiological telemetry data processing algorithm
Du Chao，Zhou Gan，Liu Guicong，Jiao Xiang，Nie Dianhui
National Computer System Engineering Research Institute of China， Beijing 100083， China
Abstract： In the manned space flight mission, the ground commanders and medical experts shall timely grasp the physiological conditions of astronauts in the cabin to ensure the safety of them. The heart rate and respiratory rate of astronauts are important physiological indexes to evaluate the health status of astronauts. How to calculate the heart rate and respiratory rate of astronauts quickly and accurately is one of the difficult problems faced by engineering tasks. Comprehensively considering the computing power under the condition of domestic autonomous controllable software and hardware, this paper presents a heart rate calculation R-wave detection algorithm based on self-learning threshold, and the zero-detection algorithm of respiratory rate calculation, and also designs a set of visual display software of heart rate and respiratory rate. It improves the real-time and accuracy of astronauts′ physiological data processing, and provides intuitive and reliable decision-making basis for the commanders and experts. The calculation and analysis of data shows that the algorithm has high accuracy and low computational requirements. It can meet the needs of medical support and medical supervision for astronauts in the waiting and ascending stages.
Key words : manned spaceflight；physiological telemetry；heart rate；respiratory rate
0 引言
我國(guó)載人航天事業(yè)飛速發(fā)展，自載人航天工程第五艘飛船神舟五號(hào)成功將首位航天員送入太空以來，截至2022年1月已有13位中國(guó)航天員先后乘坐神舟系列飛船進(jìn)入太空。
在載人航天飛行試驗(yàn)任務(wù)的執(zhí)行過程中，地面指揮人員和專家根據(jù)航天員相關(guān)生理參數(shù)，準(zhǔn)確指導(dǎo)并協(xié)助航天員及時(shí)控制航天員系統(tǒng)狀態(tài)，是確保航天員生命安全與任務(wù)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
在飛船發(fā)射待發(fā)段和上升段，航天員的心電、呼吸等參數(shù)通過遙測(cè)通道實(shí)時(shí)下傳地面指揮系統(tǒng)，地面系統(tǒng)通過建立數(shù)據(jù)模型等方法處理航天員生理參數(shù)，以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲得航天員的身體狀況，從而確保航天員的生命安全。因此，建立滿足實(shí)時(shí)性和精度要求的航天員生理遙測(cè)數(shù)據(jù)處理算法，是載人航天工程必須解決的技術(shù)難題。處理航天員心率和呼吸數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲得航天員心電波形和呼吸波形，就是典型代表。
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作者信息：
杜超，周淦，劉貴聰，焦翔，聶殿輝
（華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京 100083）
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