[发明专利]射频呼吸监测系统及压缩传感实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及射频传感技术领域，更具体地，涉及射频传感实现的呼吸监测系统及压缩传感实现方法。

背景技术

呼吸监测是评估生命状态最重要的手段之一，其重要性不言而喻。由于呼吸障碍具有不可预测性，而一旦发生呼吸障碍，短时间内就会有生命危险，因此呼吸障碍高危人群，包括手术后的病人、易患上婴儿猝死综合症（Sudden Infant Death Syndrome,SIDS）的婴儿、睡眠呼吸中止症患者等，对呼吸监测系统有着迫切而广泛的应用需求。

根据检测方法的差异，现有的呼吸监测系统主要包括基于呼吸气流检测、腹带检测和X线透视检测等几种。呼吸气流检测法需要通过安装于呼吸通道的传感器或者呼吸面具来测定呼吸气流的变化，这会给受测者带来不适，特别是对婴儿而言使用难度较大。腹带检测方法利用安装于腹带的传感元件来检测胸腹呼吸运动，同样会带来舒适度的问题，并且腹带的松紧度对检测效果影响很大。X线透视检测法通过X光透视成像来获取植入人体的标记点的位置变化信息进而推断呼吸参数，具有侵入性，给受测者带来额外的痛苦。另外，目前商用的呼吸监测系统价格昂贵，一般只装配于医院的特护病房（Intensive Care Unit,ICU），难以满足呼吸障碍人群泛在监测与日常监测的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明一目的是提出一种免持式、部署方便、价格低廉、能耗低的射频呼吸监测系统。

为实现上述目的，具体实现方案为：

一种射频呼吸监测系统，包括布设在受测者周围的若干个射频节点、基站和服务器；所述若干个射频节点形成射频传感网络，所述射频传感网络通过射频链路RSS中阴影衰落的变化检测人体的胸腹呼吸运动；所述基站用于实现射频网络与服务器的连接，所述服务器用于实现数据的存储与处理。

进一步地，所述基站可通过RS232、RS485总线或者以太网等方式和服务器相连，负责上传RSS数据以及下发服务器指令；所述服务器为计算机或者微控制器等其它具有信号处理能力的设备，负责对所获取的数据信号进行处理及存储。

进一步地，所述射频传感网络在t时刻，获取射频链路i的RSS值y_i(t)模型化为：

y_i(t)=P_i-L_i-F_i-S_i(t)-e_i(t)    （1）

式（1）中P_i为发射功率，L_i为路径损耗，F_i为多径衰落，P_i、L_i和F_i均是常量，e_i(t)为测量噪声，服从零均值的高斯分布，S_i(t)是因遮挡而发生的阴影衰落，具体表示为：

阴影衰落S_i(t)模型化为：

式（2）中是由胸腹呼吸运动引起阴影衰落的波动成分，即感兴趣的呼吸信号，f为呼吸频率，A_i和分别为波动的幅值和相位；

根据式（1）和（2），RSS值y_i(t)与x_i(t)的关系为：

y_i(t)=P_i-L_i-F_i-A_i-x_i(t)-e_i(t)=C_i-x_i(t)-e_i(t)    （3）

式（3）中C_i=P_i-L_i-F_i-A_i为一常量；

进一步地，所述服务器定时根据RSS数据估计出一定时间窗内受测者的呼吸频率；

服务器获取受测者一定时间窗内的呼吸频率式中K表示射频传感网络中有效链路的数目，表示在该时间窗内根据第i条有效链路RSS采样数据得到的呼吸频率估计值，其中有效链路为用于检测胸腹呼吸运动的射频链路。

本发明又一目的是提出一种应用于射频呼吸监测系统中呼吸信号获取的压缩传感实现方法，即将射频链路RSS值的变化作为反映人体胸腹运动的信号，以随机方式对呼吸信号进行压缩采样，通过稀疏信号重构算法进行重建，并进一步提取出呼吸频率值。

该方法的实现方案为：