[发明专利]基于CSI的非静态环境下呼吸检测系统

权利要求书

1.一种基于CSI的非静态环境下呼吸检测系统，其特征在于，包括工作于监听模式的数据采集子系统以及基于空间分区和呼吸信号提取的服务器端子系统，其中，所述数据采集子系统包括同步信道切换模块、CSI数据解析模块和CSI去噪模块；所述的服务器端子系统包括基于信号周期性的空间域过滤模块和呼吸信号提取模块，所述呼吸信号提取模块分离出功率周期性变化的信号区域后，频谱中位于正常呼吸周期范围内的峰值点即为该信号区域内目标的呼吸速率；

所述同步信道切换模块中，5G频带共有24个可用信道，按中心频率从低到高将其编号为0-23，由发送端发起并控制整个信道切换过程，从0号信道按序切换到23号信道定义为一次完整的信道切换，发送端首先通过包注入发送信道切换请求包，该请求包包含接下来要切换的信道编号，接收端在收到请求包后，立即发送信道切换确认包，确认包会包含去噪后的上一信道0号子载波的CSI数据，并同时测量信道切换请求包中的CSI，随后切换到下一信道；接收到信道切换确认包后，发送端开始测量该请求包中的CSI，在单次信道同步计时结束时，发送端切换到下一信道；

所述CSI去噪模块中，CSI解析模块输出的是与硬件相关的信道状态信息，采用收发端同一信道CSI相乘的结果去除相位噪声；

所述基于信号周期性的空间域过滤模块中，24组信道信息是在信道相干时间内对一个645MHZ带宽的频谱进行的多点采样，该带宽可实现64厘米的空间分辨度；通过将频谱采样信息变换为时域下的功率时延分布PDP，不同空间区间下人的行为会对应到不同时延区间的功率变化；呼吸活动会引起对应时延区间功率的周期性变化，功率时延分布曲线中周期性变化的区间即包含所求的呼吸信号；

所述基于信号周期性的空间域过滤模块中，PDP求解过程根据室内信号传播特性，对梯度下降的结果强制稀疏解，通过稀疏参数控制求解多径的数量；

服务器端数据处理阶段实施过程：

步骤1：计算傅里叶变换矩阵

f_i,0是i号信道0号载波的中心频率，τ_k是根据信道带宽确认的时间数组，5G频段的36号信道到165号信道带宽B为645MHZ，可实现的时间解析度为1/B＝1.55纳秒，时间数组τ_k为{0，1.55，3.10......}；

步骤2：接收来自数据采集端的CSI数据帧，使用梯度下降求解稀疏多径；

近似梯度下降法按梯度所指向的相反方向寻找最小值，在每次迭代后，此迭代算法将会更加远离最大值，λ为步长；

步骤3：当累计接收CSI帧到达一定数量，拼接所有通过帧获得的PDP，即获得了关于空间区域的功率分布；对于某个只存在静态物体的空间区域，部分反射的信号功率不随时间变化，通过计算空间域中功率的均值偏差统计存在呼吸活动和行走区域信号簇的数目；

步骤4：通过测量信号周期性并选择出周期性较强的信号簇；

步骤5：对于选择出的信号簇，利用汉佩尔滤波器去除异常值，移动均值滤波器平滑信号，小波变换去除高频噪声同时保证时间解析度；

步骤6：信号自相关求解呼吸速率。

2.如权利要求1所述的基于CSI的非静态环境下呼吸检测系统，其特征在于，所述CSI数据解析模块中，每次信道同步过程，接收端需要接收两种类型的数据包，包类型为193的数据包包含接下来要切换的信道编号信息，包类型为187的数据包包含了当前信道状态数据。

3.如权利要求2所述的基于CSI的非静态环境下呼吸检测系统，其特征在于，在信道同步阶段，接收端在收到信道切换请求包后，立即返回缓存的上一信道CSI数据而不是等待解析完当前信道CSI再返回。