[发明专利]一种基于傅里叶变换的高可用性步态分析方法

摘要

本发明提出了一种基于傅里叶变换的高可用性步态分析方法，对步态数据进行分析并求解步态周期段是该领域的一个核心课题，其中以波峰波谷识别、步态模板匹配、利用信号处理基本方法为主。这些方法尽管其已取得了一定条件下得到了应用，但大多需要预知步态数目、步态模板数据等基本信息，其可用性受限。针对这一问题，本发明提出了一种结合了波峰波谷检测与阈值空间的高可用性步态周期分析方法，通过自动求解预估值，并构建自适应区间，根据通用步态模型对缺乏上述信息的未知步态数据进行切分与分析，能够更便利准确的求解步态周期数据。同时也提出了一种过滤不相关数据的方法，用于过滤测试数据头尾的部分不相关数据。

主权项

1.一种基于傅里叶变换的高可用性步态分析方法，其特征在于，包括如下步骤：第一阶段，进行数据预处理；将三轴加速度一维化后使用Savitzky‑Golay方法降噪，降噪后数据仍存在两端的不相关数据，通过滑动窗口与均值结合的方法，去除最大值小于均值最小值大于均值的两端不相关数据；第二阶段，步态周期数据求解；第一步使用快速傅里叶变换方法求解出初始平均步数IS与初始平均周期IP；第二步精确切分步骤；Step 1：参数求解：求出第一阶段处理得出的数据集的所有波峰、波谷、上限值与下限值，其中上限值设定为此组时间序列数据的均值，下限值设定为所有波谷值从小到大排序的第IS个波谷值，此值必须小于均值；若第一步快速傅里叶变换计算后的初始平均步数非整数则向上取整；Step 2：标记起点：符合以下条件的波谷点即为当前步态数据段起点：式中troughi、troughi+1、troughi‑1分别为当前波谷点、后一波谷点、前一波谷点；N1为经验值；Step 3：标记首波峰：已标记过起点，大于上限值的波峰点即为当前步态数据段的首波峰点；Step 4：标记中心波谷：已标记过起点及首波峰点，小于下限值的波谷点的波谷点为当前步态数据段的中心波谷，同时此点为步态数据段两阶段的分割点；Step 5：标记次波峰：已标记过起点、首波峰点、中心波谷点，大于上限值的波峰点为次波峰点；Step 6：标记终点及下步起点：根据Step 2找到下一步态数据段的起点，并将此点作为当前步态数据段的终点；当前数据段终点起点差值为当前步态数据段步态周期，并通过以下带状动态区间条件判断该段是否为一个正确步态周期段：periodi∈[N2*IP,N3*IP]  (2)在此区间内是一个正确步态周期段长度；N2设为2/3，N3设为4/3；Step 7：循环Step2‑Step6，直至该段数据末尾；若该段数据内最后一个数据段根据Step2‑Step5计算已找到次波峰点则将此段数据作为一个步态段计入分析范围，否则最末部分不计入范围；Step 8：结束计算，最终值为本数据集的步态段数目，并计算得出每个步态周期段的起始与终结位置。