航天員生理遙測數據處理算法的研究與應用
2023年電子技術應用第1期
杜超，周淦，劉貴聰，焦翔，聶殿輝
華北計算機系統工程研究所，北京 100083
摘要： 在載人航天飛行試驗任務中，地面指揮人員和醫學專家需及時掌握航天員在艙內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估航天員健康狀態的重要生理指標。如何快速、準確地計算航天員心率和呼吸率是工程任務面臨的技術難題之一。綜合考慮國產自主安全軟硬件條件下的計算能力，提出了基于自學習閾值的心率計算R波檢測算法，以及呼吸率計算的零點檢測算法，設計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據處理的實時性和準確率，能夠為指揮人員和專家提供直觀可靠的決策依據。數據計算分析說明，所采用算法具備較高的準確率和較低的計算需求，能夠滿足待發段、上升段對航天員實施醫學保障與醫學監督的需要。
中圖分類號：TP319
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222625
中文引用格式： 杜超，周淦，劉貴聰，等. 航天員生理遙測數據處理算法的研究與應用[J]. 電子技術應用，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.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222625
中文引用格式： 杜超，周淦，劉貴聰，等. 航天員生理遙測數據處理算法的研究與應用[J]. 電子技術應用，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
我國載人航天事業飛速發展，自載人航天工程第五艘飛船神舟五號成功將首位航天員送入太空以來，截至2022年1月已有13位中國航天員先后乘坐神舟系列飛船進入太空。
在載人航天飛行試驗任務的執行過程中，地面指揮人員和專家根據航天員相關生理參數，準確指導并協助航天員及時控制航天員系統狀態，是確保航天員生命安全與任務成敗的關鍵環節。
在飛船發射待發段和上升段，航天員的心電、呼吸等參數通過遙測通道實時下傳地面指揮系統，地面系統通過建立數據模型等方法處理航天員生理參數，以實時準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，建立滿足實時性和精度要求的航天員生理遙測數據處理算法，是載人航天工程必須解決的技術難題。處理航天員心率和呼吸數據，實時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
（華北計算機系統工程研究所，北京 100083）
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