[发明专利]一种基于双天线WiFi信号的人体呼吸监测方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于双天线WiFi信号的人体呼吸监测方法和装置，属于健康监测领域。包括：采集两路CSI信号；将两路CSI信号对应信道的子载波信号对应时刻进行相除，得到各子载波的复比值信号；对各子载波的复比值信号分别进行预处理，以去除噪声；分别计算预处理后的各子载波的复比值信号的频谱信号；获取各频谱信号在呼吸频率范围内的最大值幅值，挑选所有最大值中的最大的对应的子载波；挑选出的子载波最大值对应的频率点，为人体的呼吸频率。本发明通过分析两个不同天线接收到的CSI信号的复比值信号来获得这种周期性变化，进而分析判断人体的呼吸情况，不仅解决CSI相位误差问题，提高了呼吸频率检测精度，还可显著提高检测距离。

技术领域

本发明属于健康监测领域，更具体地，涉及一种基于双天线WiFi信号的人体呼吸监测方法和装置。

背景技术

呼吸速率是一个人身体状况的重要指标，它是评估一个人的一般身体健康和识别各种疾病问题的基本组成部分。例如，当一个人在正常状态时，呼吸保持相对平稳，当情绪激动或发生剧烈运动时，呼吸模式发生显著改变。当一个人进入睡眠状态时，呼吸模式会发生改变。因此呼吸速率的监测可以应用于一个人的情绪判断，睡眠呼吸暂停的监测，临床病人尤其是哮喘病人的治疗，以及睡眠阶段的监测等。

传统的呼吸监测方法，需要患者佩戴专用的传感器，然而，这方法只能在有限的空间使用，并且设备昂贵。现如今，由于智能手机和可穿戴设备的遍及，我们可以在任何时间和地点使用这些设备来测量呼吸和心率，然而应用程序通常有较大的测量误差，并且可穿戴设备必须要与身体接触，具有侵入性。

为了克服这些问题，提出非侵入的呼吸检测。但是，非侵入式的呼吸监测则要么采用红外摄像头，会造成隐私泄漏的隐患；要么采用UWB射频方式等方法，但设备昂贵，部署不易，不适用。近年来，人们研究基于WiFi信号的人体呼吸监测方法。然而，由于呼吸中的人体起伏太过轻微，对WiFi信号的影响十分微弱，因而给检测带来挑战。现有的各种分析处理方法，容易受到环境其他扰动影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于双天线WiFi信号的人体呼吸监测方法和装置，其目的在于提高呼吸检测精度，适用于远距离测量。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于双天线WiFi信号的人体呼吸监测方法，该方法包括以下步骤：

S1.采集第一路CSI信号和第二路CSI信号，所述第一路CSI信号和第二路CSI信号由人体所处环境中的同一发射器发出、且被同一接收装置的不同天线接收；

S2.将第一路CSI信号和第二路CSI信号对应信道的子载波信号对应时刻进行相除，得到各信道子载波的复比值信号；

S3.对各子载波的复比值信号分别进行预处理，以去除环境引入的噪声和硬件引入的噪声；

S4.分别计算预处理后的各子载波的复比值信号的频谱信号；

S5.获取各子载波对应的频谱信号在呼吸频率范围内的最大值幅值，挑选所有最大值中的最大的对应的子载波；

S6.将挑选出的子载波最大值对应的频率点作为人体的呼吸频率。

具体地，步骤S2中，各信道子载波的复比值信号的计算公式如下：

其中，H₁(f，t)、H₂(f，t)分别为第一路CSI信号和第二路CSI信号。

优选地，通过低通滤波器滤除环境引入的高频噪声，通过中值滤波滤除由硬件引入的异常毛刺噪声。

优选地，步骤S4中，通过快速傅里叶变换得到频谱信号。