【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及呼吸检测，具体涉及一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法及系统。
技术介绍
1、现有wifi呼吸检测方法大多都利用多天线的方法，这种方法可以消除由于收发设备时钟不同步导致的时变相位偏移，进而获取csi(信道状态信息)数据的准确相位信息和幅度信息。由于相位信息和幅度信息具有“正交性”，因此不论目标存在于何位置，都可以利用相位或幅度信息进行呼吸检测，也就消除了感知“盲区”。然而，以上多天线的呼吸检测方法并不适用于单天线场景。也就是说，在单天线场景下只能获取csi数据的幅度信息，存在着感知“盲区”问题。由于某些分布式设备只具有单天线，因此这限制了在分布式wifi设备如esp32、sdrpi、部分智能手环、部分智能手机等部署呼吸检测功能的进展。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题，提供了一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法及系统，通过可重配信号智能设备的联合工作，针对待测目标的不同位置调整wifi接收数据的静态矢量幅度或相位，有效解决感知“盲区”问题，从而实现基于单天线wifi的全方位呼吸检测。
2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，所述方法包括以下步骤：
3、当目标在检测环境中，单天线wifi智能设备选定无线接入点，获取含多种子载波的信道状态信息；
4、在单一待测目标情况下，根据所述信道状态信息获取与子载波的动态矢量传播路径长度和联合静态矢量的联合传播路径长度相关的子载波信道状态信
5、基于各子载波呼吸信号频谱能量和各子载波总频谱能量获取呼吸能量比率均值mrer，其中所述各子载波呼吸信号频谱能量和所述各子载波总频谱能量均从所述子载波信道状态信息中提取；
6、基于不同联合传播路径长度会产生不同的mrer值，以及所述mrer值与子载波信道状态信息幅度的平均变化大小成正比，当mrer值小于设定的阈值时，利用遗传算法调控可重配信号智能设备来改变所述联合传播路径长度，进而优化所述mrer值，其中，所述可重配信号智能设备是可改变联合静态矢量中某些静态矢量的传播路径长度的设备；
7、当利用遗传算法所述mrer值优化至最优值，通过信号分集技术整合多子载波信号并从中获取呼吸信息。
8、在一些实施例中，所述可重配信号智能设备为可编程智能反射表面ris。
9、在一些实施例中，所述方法还包括在多个待测目标情况下，使用独立分量分析方法进行盲源分离，从多维观测信号中分离出多个单一的独立信号。
10、在一些实施例中，利用遗传算法调控可重配信号智能设备来改变所述联合传播路径长度，具体包括：通过处理器控制所述可重配信号智能设备调整静态适配矢量的反射增益和反射方向，即调整所述静态适配矢量的幅度大小和相位大小，基于所述联合静态矢量的联合传播路径长度表示在所述静态适配矢量复数域的相位上，即可达到改变所述联合传播路径长度的目的，并通过遗传算法矫正和训练改变所述联合传播路径长度的过程，其中所述静态适配矢量为所述可重配信号智能设备可改变联合静态矢量中的某些静态矢量。
11、在一些实施例中，所述信道状态信息，具体表达式为：其中，e-jξl(t)表示第l个子载波由于收发端时钟不同步导致的时变相位偏移，表示动态矢量的数量，即待测目标的个数，表示静态矢量的数量，是动态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第个动态矢量从发射端到接收端的传播路径长度，λl表示第l个子载波的波长，为静态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第m个静态矢量从发射端到接收端的传播路径长度。
12、在一些实施例中，在单一待测目标情况下，所述联合静态矢量表达式为：所述子载波信道状态信息表达式为：其中表示联合静态矢量的联合衰减系数，表示联合静态矢量的联合传播路径长度，λl表示第l个子载波的波长，表示静态矢量的数量，为静态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第m个静态矢量从发射端到接收端的传播路径长度，表示单一待测目标时第l个子载波的动态矢量衰减系数，表示单一待测目标时第l个子载波的动态矢量路径长度。
13、在一些实施例中，所述呼吸能量比率均值mrer，表达式为：ξl表示第l条子载波呼吸信号频谱能量，ρl表示第l条子载波总频谱能量，为子载波个数。
14、在一些实施例中，所述mrer值小于设定的阈值，具体包括：将mrer与最大rermax进行比较，rermax＝max{rerl}，l＝1，2，3，...，52，其中ρl表示第l条子载波总频谱能量，ξl表示第l条子载波呼吸信号频谱能量，当mrer<0.5×rermax时，即认为mrer值小于设定的阈值。
15、根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测系统，包括单天线wifi智能设备、可重配信号智能设备以及处理器，所述单天线wifi智能设备用于选定无线接入点，获取含多种子载波的信道状态信息，并将所述信道状态信息输送给所述处理器进行处理，所述可重配信号智能设备用于改变子载波信道状态信息的联合静态矢量中某些静态矢量的传播路径长度，并将改变的静态矢量通过所述单天线wifi智能设备输送至所述处理器，所述处理器用于：在单一待测目标情况下，根据所述信道状态信息获取与子载波的动态矢量传播路径长度和联合静态矢量的联合传播路径长度相关的子载波信道状态信息；
16、基于各子载波呼吸信号频谱能量和各子载波总频谱能量获取呼吸能量比率均值mrer，其中所述各子载波呼吸信号频谱能量和所述各子载波总频谱能量均从所述子载波信道状态信息中提取；
17、基于不同联合传播路径长度会产生不同的mrer值，以及所述mrer值与子载波信道状态信息幅度的平均变化大小成正比，当mrer值小于设定的阈值时，利用遗传算法调控可重配信号智能设备来改变所述联合传播路径长度，进而优化所述mrer值，其中，所述可重配信号智能设备是可改变联合静态矢量中某些静态矢量的传播路径长度的设备；
18、当利用遗传算法所述mrer值优化至最优值，通过信号分集技术整合多子载波信号并从中获取呼吸信息。
19、在一些实施例中，所述可重配信号智能设备为可编程智能反射表面ris。
20、本公开实施例提供的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法及系统，是一种专门针对单天线wifi感知的性能优化方法，其有益效果包括：
21、(1)可以消除单天线wifi呼吸检测的感知“盲区”。
22、(2)提高单天线wifi呼吸检测的感知极限范围。
23、(3)通过对单天线wifi感知性能的提升，可以优化wifi呼吸检测在分布式设备上的表现，赋能呼吸检测的功能在分布式wifi设备上得以集成。
24、(4)感知范围、感知精度、感知距离等性能指标可以满足民用的需求；
25、(5)设备体积、设备重量等参数更适合于在家庭环境中部署；
26、(6)鲁棒性高，对环境依赖性很小，能够在多种应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述可重配信号智能设备为可编程智能反射表面RIS。
3.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述方法还包括在多个待测目标情况下，使用独立分量分析方法进行盲源分离，从多维观测信号中分离出多个单一的独立信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，利用遗传算法调控可重配信号智能设备来改变所述联合传播路径长度，具体包括：通过处理器控制所述可重配信号智能设备调整静态适配矢量的反射增益和反射方向，即调整所述静态适配矢量的幅度大小和相位大小，基于所述联合静态矢量的联合传播路径长度表示在所述静态适配矢量复数域的相位上，即可达到改变所述联合传播路径长度的目的，并通过遗传算法矫正和训练改变所述联合传播路径长度的过程，其中所述静态适配矢量为所述可重配信号智能设备可改变联合静态矢量中的某些静态矢量。
5.根据权利
6.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，在单一待测目标情况下，所述联合静态矢量表达式为：所述子载波信道状态信息表达式为：其中表示联合静态矢量的联合衰减系数，表示联合静态矢量的联合传播路径长度，λl表示第l个子载波的波长，表示静态矢量的数量，为静态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第个静态矢量从发射端到接收端的传播路径长度，表示单一待测目标时第l个子载波的动态矢量衰减系数，表示单一待测目标时第l个子载波的动态矢量路径长度。
7.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述呼吸能量比率均值MRER，表达式为：ξl表示第l条子载波呼吸信号频谱能量，ρl表示第l条子载波总频谱能量，为子载波个数。
8.根据权利要求1所述的一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述MRER值小于设定的阈值，具体包括：将MRER与最大RERmax进行比较，RERmax＝MAX{RERl},l＝1,2,3,...,52，其中ξl表示第l条子载波呼吸信号频谱能量；ρl表示第l条子载波总频谱能量，当MRER<0.5×RERmax时，即认为MRER值小于设定的阈值。
9.一种基于单天线WiFi的全方位呼吸检测系统，其特征在于，包括单天线WiFi智能设备、可重配信号智能设备以及处理器，所述单天线WiFi智能设备用于选定无线接入点，获取含多种子载波的信道状态信息，并将所述信道状态信息输送给所述处理器进行处理，所述可重配信号智能设备用于改变子载波信道状态信息的联合静态矢量中某些静态矢量的传播路径长度，并将改变的静态矢量通过所述单天线WiFi智能设备输送至所述处理器，所述处理器用于：在单一待测目标情况下，根据所述信道状态信息获取与子载波的动态矢量传播路径长度和联合静态矢量的联合传播路径长度相关的子载波信道状态信息；
10.根据权利要求1所述的基于单天线WiFi的全方位呼吸检测系统，其特征在于，所述可重配信号智能设备为可编程智能反射表面RIS。
...【技术特征摘要】
1.一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述可重配信号智能设备为可编程智能反射表面ris。
3.根据权利要求1所述的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述方法还包括在多个待测目标情况下，使用独立分量分析方法进行盲源分离，从多维观测信号中分离出多个单一的独立信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，利用遗传算法调控可重配信号智能设备来改变所述联合传播路径长度，具体包括：通过处理器控制所述可重配信号智能设备调整静态适配矢量的反射增益和反射方向，即调整所述静态适配矢量的幅度大小和相位大小，基于所述联合静态矢量的联合传播路径长度表示在所述静态适配矢量复数域的相位上，即可达到改变所述联合传播路径长度的目的，并通过遗传算法矫正和训练改变所述联合传播路径长度的过程，其中所述静态适配矢量为所述可重配信号智能设备可改变联合静态矢量中的某些静态矢量。
5.根据权利要求1所述的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，所述信道状态信息，具体表达式为：其中，表示第l个子载波由于收发端时钟不同步导致的时变相位偏移，表示动态矢量的数量，即待测目标的个数，表示静态矢量的数量，是动态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第个动态矢量从发射端到接收端的传播路径长度，λl表示第l个子载波的波长，为静态矢量衰减系数，表示第l个子载波的第个静态矢量从发射端到接收端的传播路径长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于单天线wifi的全方位呼吸检测方法，其特征在于，在单一待测目标情况下，所述联合静态矢量表达式为：所述子载波信道状态信息表达式为：其中表示联合静态...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘光腾，刘夏越，杨轶，刘雨瑄，袁玉峰，赵辉，荣志胜，谢银美，李苑青，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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