[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

说明书

本发明提出一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，包括以下步骤：S1：通过无线设备发射低功率信号，接收来自周围环境的反射信号，得到原始混合呼吸信号；S2：将混合呼吸信号建模为盲源分离问题，使用ICA来进行盲源分离；S3：当人体有较大的运动导致ICA不再适用时，建立一个运动检测器来检测人体的运动；S4：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ICA分量进行呼吸信号的分离；S5：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。该方法能够在混合射频反射信号中分离每个个体的呼吸信号，得到近距离接触的每个用户的整夜呼吸信号。

技术领域

本发明涉及生理信号检测技术领域，具体涉及一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法。

背景技术

呼吸信号作为一项重要的健康指标，对评估睡眠质量，跟踪许多领域的疾病都有重要作用。传统的呼吸监测方法一般要求用户佩戴呼吸带睡觉，这在一定程度上会影响用户的睡眠质量。而基于射频的传感技术可以在用户不佩戴任何传感器的条件下实现呼吸监测。基本原理是系统发射低功率射频信号，信号在环境中包括人体上产生反射，然后系统通过捕捉反射信号来提取用户的呼吸信号。

但是现有的射频呼吸监测系统要求受试者之间相隔一定的最小距离，如果人们近距离接触时，来自多个受试者的射频反射信号相互叠加，会干扰接收器，这就限制了共同睡眠的夫妇或者亲子的使用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，能够在混合射频反射信号中分离每个个体的呼吸信号，得到近距离接触的每个用户的整夜呼吸信号。

为实现上述目的，本发明的一种基于无线信号的多人混合呼吸信号提取方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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：

。