[发明专利]一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法

权利要求书

1.一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提取观测信号，通过无线设备发射低功率信号，然后接收来自周围环境的反射信号，得到原始混合呼吸信号；

S2：对混合呼吸信号建模，将从多个人的混合呼吸信号中识别单个呼吸信号建模为盲源分离问题，在信号源是独立、非高斯、线性组合的情况下，使用独立分量分析（ICA）来进行盲源分离；

S3：运动检测，当人体有较大的运动导致独立分量分析（ICA）不再适用时，建立一个运动检测器来检测人体的运动；

S4：呼吸信号分离，运动检测之后将整个夜晚的时间划分为若干稳定时间段，并滤除噪声，在每个稳定时间段内应用独立分量分析（ICA）分量进行呼吸信号的分离；

S5：身份匹配，将每个稳定时间段的独立分量分配到不同的用户，进行匹配，获得每个用户的完整呼吸信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，其特征在于，在步骤S2中，将独立分量分析（ICA）定义为：

设有N个独立的时变源，和M个不同的观测结果，将源信号定义为N×T矩阵，观测结果为M×T矩阵，如下：

观测值X是由源S通过混合矩阵组合而产生的，可以写为：

独立分量分析（ICA）的目的是仅根据观测值X来恢复源S和混合矩阵W。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，其特征在于，在步骤S2中，假设反射物在无线设备的每次扫描中不会移动，则具有单个反射物的系统在第t次扫描周期内接收到的信号的时域表达为：

其中A是接收信号的幅度，是扫描的最小频率，是扫描周期，是扫频率，d(t)是反射物的距离,是信号的传输时间，C是光速；

距离d(t)处的反射物在载波频率f处的频率响应为：

考虑多个反射物的情况，假设在距离处有反射物，则N个反射物的总反射信号是对应的时域信号的和：

频率响应为：

。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，其特征在于，将写成，其中是反射物的平均位置（呼吸期间胸部的平均位置），是对应于呼吸的微小时变运动，使用泰勒级数展开到一阶项，频率响应函数可以近似为：

所有N个反射物的总频率响应可以写成：

其中第一项是所有时间的平均频率响应，从信号中减去不会影响呼吸信号的估计；

定义独立分量分析（ICA）的观测信号为：

其中导数项对应于独立分量分析（ICA）的混合系数，对应于与呼吸运动相关的时变源，则观测信号是源信号的线性组合。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，其特征在于，在步骤S3中，定义固定持续时间的观测中的一小段为短观测，短观测的周期性代表信号质量，短观测呼吸噪声比(s-BNR)为短观测内呼吸能量与总能量的比值，的计算方法为：对短观测信号进行快速傅立叶变换(FFT)，找出在人类呼吸范围内能量最大的快速傅立叶变换(FFT)频段，为该频段的能量与所有快速傅立叶变换(FFT)频段的能量和之间的比率，使用15秒作为短观测的默认持续时间，将10-30次/分钟作为人类的呼吸范围，短观测呼吸噪声比(s-BNR)越大，短观测的周期性越强，包含良好呼吸信号的可能性越大。