一种基于四点位CSI信号的呼吸检测方法及装置与流程

本发明涉及呼吸检测领域，特别涉及一种基于四点位csi信号的呼吸检测方法及装置。

背景技术：

1、目前，绝大多数基于csi信号的人体呼吸检测是基于5300网卡，特别在各级别学术论文中，5300网卡是作为csi信号的采集装置来使用。大多数基于csi信号的呼吸频率检测的信号采集单元部署方式是：第一种，单个csi采集节点；第二种，室内多采集节点，节点多布置在房间的角落；第三种，多发射——多接收的节点阵列。本专利采用4个节点构成wifi信号的发射-采集模块，触发并采集wifi的csi信号，但在空间布局上同一般的多采集节点方式不同，其它方法的多节点通常位于房间的角落，间距为数米。现有部署方式存在检测不准确，效率低以及空间占用大的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于四点位csi信号的呼吸检测方法及装置，通过四点位的csi信号发射采集装置，且间距小，有利于通过节点获取的csi信号做人体呼吸检测。

2、本发明采用的技术方案如下：一种基于四点位csi信号的呼吸检测方法，包括：

3、步骤1、在被测对象周围设置4个csi信号发射采集装置，各装置分别采集含有被测对象呼吸信息的csi信号；

4、步骤2、对采集的4路csi信号分别进行预处理并完成信号分解；

5、步骤3、在分解后的4路信号中确定具有人体呼吸频率范围的信号，再进行呼吸频率信号的筛选和判断，并综合确定是否检测到被测对象的呼吸，检测到则获取对应的呼吸频率；

6、其中，4个csi信号发射采集装置之间间距不大于1米，呈矩形分布，且被测对象位于4个csi信号发射采集装置中间。

7、作为一种优选方案，所述步骤1中，4个csi信号采集装置分别向wifi路由器发送ping信号，wifi路由器回复各装置，从而采集到csi信号；其中，每个csi信号采集装置发出的信号频率均为25hz，路由器按100hz的频率回应信号。

8、作为一种优选方案，所述步骤2中，对各路csi信号进行7层小波分解处理，完成信号分解，去除干扰信号。

9、作为一种优选方案，所述步骤3的子步骤为：

10、步骤3.1、对分解后的4路csi信号中的低频信号，分别做傅里叶变换，转换为频域能量信号，并将零频分量移动到数组中心，取出范围在0.15-045hz的能量信号；

11、步骤3.2、检测4路能量信号中是否存在显著的人体呼吸频率，并确定对应的呼吸频率值；

12、步骤3.3、对4路能量信号的人体呼吸频率检测结果进行综合判决确定是否检测到被测对象的呼吸，若检测到，则根据每路能量信号中确定的呼吸频率值综合计算呼吸频率。

13、作为一种优选方案，所述步骤3.2的子步骤为：

14、步骤3.2.1、对第i路的能量信号yi进行滑窗滤波得到滑窗信号zi；

15、步骤3.2.2、获取滑窗信号zi的最大值emaxi及其对应频率zmaxi、能量平均值emeani；

16、步骤3.2.3、判断0.2<zmaxi<0.4、emaxi>1.5*emeani是否同时成立，若成立，则认为第i路csi信号中存在人体呼吸频率，且对应的呼吸频率值为zmaxi。

17、作为一种优选方案，所述步骤3.3的子步骤为：

18、步骤3.3.1、对步骤3.2中每一路的判断结果进行整理，得到(fi,zmaxi)，其中fi为第i路信号检测结果，取值为0或1，0表示未检测到呼吸频率，1表示检测到呼吸频率，zmaxi为呼吸频率值；

19、步骤3.3.2、综合4路判断结果判决是否检测到被测对象呼吸：

20、

21、当breath_flag＝1时表示综合判决为有呼吸频率被检测出，否则为0，表示未检测到呼吸；

22、步骤3.3.3、检测到被测对象呼吸时，计算对应的呼吸频率：

23、

24、其中，breath_rate表示呼吸频率。

25、本发明提出了一种基于四点位csi信号的呼吸检测装置，包括：

26、检测座椅，用于被测对象落座，检测座椅的四个边缘角落均有安装有csi信号采集装置；csi信号采集装置用于采集含有被测对象呼吸信息的csi信号；

27、预处理模块，用于分别对采集4路信号滤波处理；

28、呼吸频率信号提取模块，用于对滤波后的信号进行小波分解；

29、信号筛选模块，用于对4路小波分解后的信号分别做频域变换得到频域能量信号，根据频域能量及频率输出各路呼吸频率检测结果与对应呼吸频率值；

30、信号判决模块，用于根据信号筛选模块输出的呼吸频率检测结果综合判决是否检测被测对象呼吸，并根据信号筛选模块输出的呼吸频率值综合计算，被测对象呼吸频率。

31、作为一种优选方案，所述检测座椅上的csi信号采集装置间距不大于1米，呈矩形分布，且被测对象位于4个csi信号发射采集装置中间。

32、作为一种优选方案，所述信号筛选模块的工作过程为：

33、对4路小波分解后的信号分别做傅里叶变换，转换为频域能量信号，并将零频分量移动到数组中心，取出范围在0.15-045hz的能量信号；对第i路的能量信号yi进行滑窗滤波得到滑窗信号zi，获取滑窗信号zi的最大值emaxi及其对应频率zmaxi、能量平均值emeani；判断0.2<zmaxi<0.4、emaxi>1.5*emeani是否同时成立，若成立，则认为第i路csi信号中存在人体呼吸频率，且对应的呼吸频率值为zmaxi。

34、作为一种优选方案，信号判决模块的工作过程为：

35、综合4路判断结果判决是否检测到被测对象呼吸：

36、

37、当breath_flag＝1时表示综合判决为有呼吸频率被检测出，否则为0，表示未检测到呼吸；

38、在检测到被测对象呼吸时，计算对应的呼吸频率：

39、

40、其中，breath_rate表示呼吸频率，fi为第i路信号检测结果，取值为0或1，0表示未检测到呼吸频率，1表示检测到呼吸频率，zmaxi为呼吸频率值。

41、与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

42、1、(通过4个csi采集发射装置在座椅位置上的合理布置，确保对于人体呼吸运动总与其中至少1路信号的菲尼尔曲线处于较为良好的相对位置关系，有助于提高呼吸检测算法的有效性。

43、2、呼吸检测算法中的各步骤，特别是小波信号分解层数、呼吸信号获取与频率计算，与本专利csi信号发射与采集频率和检测目标都是相关联的，是一个完整的整体。

44、3、信号筛选与判决兼顾了灵敏性和鲁棒性，只要存在1路信号有效检测出呼吸信号即可认为存在呼吸信号，这一点也是和4点位的合理布置相对应的。

45、4、方案总体上逻辑清晰，实现成本低，便于实现量产。