航天员生理遥测数据处理算法的研究与应用
2023年电子技术应用第1期
杜超，周淦，刘贵聪，焦翔，聂殿辉
华北计算机系统工程研究所，北京 100083
摘要： 在载人航天飞行试验任务中，地面指挥人员和医学专家需及时掌握航天员在舱内的生理状况以保障航天员的安全。航天员的心率和呼吸率是评估航天员健康状态的重要生理指标。如何快速、准确地计算航天员心率和呼吸率是工程任务面临的技术难题之一。综合考虑国产自主安全软硬件条件下的计算能力，提出了基于自学习阈值的心率计算R波检测算法，以及呼吸率计算的零点检测算法，设计了一套心率和呼吸率可视化显示软件，提高了航天员生理数据处理的实时性和准确率，能够为指挥人员和专家提供直观可靠的决策依据。数据计算分析说明，所采用算法具备较高的准确率和较低的计算需求，能够满足待发段、上升段对航天员实施医学保障与医学监督的需要。
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(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(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(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)，準確指導并協(xié)助航天員及時控制航天員系統(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)通過遙測通道實時下傳地面指揮系統(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(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(tǒng)工程研究所，北京 100083）
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