基于无线链路信息的呼吸监测方法

摘要

本发明的基于无线链路信息的呼吸监测方法属于健康监测、病人及老人监护、无线通信与无线网络领域，涉及一种基于无线链路信息的非接触式呼吸监测方法。该监测方法利用多个布置在床四周的无线扫描节点形成的多条无线链路，通过监测人体呼吸对多条无线链路信号强度的周期性影响，估算出无线链路信号强度的变化周期，进而估算出人体的呼吸频率。监测方法采用的系统由N个无线扫描节点、无线汇聚节点、通用PC机、呼吸频率估计算法以及用于承载人体的床组成。本发明属于非接触式监测，无需安装任何设施到被监护人体上，使得监测系统更人性化，适用于监测婴儿、术后患者，这种非接触式监测技术具有较广泛的应用前景。

主权项

1.一种基于无线链路信息的呼吸监测方法，其特征是，该监测方法利用多个布置在床四周的无线扫描节点形成的多条无线链路，通过监测人体呼吸对多条无线链路信号强度的周期性影响，估算出无线链路信号强度的变化周期，进而估算出人体的呼吸频率；呼吸监测方法的具体步骤是：1）将N个无线扫描节点（J1…JN）布置在床（3）的四周，放置高度高于床，以便无线信号从人体穿过；N个无线扫描节点负责轮流扫描各无线节点对、并将测量到的各无线链路信号强度信息发送至无线汇聚节点（1）；无线扫描节点的无线通信工作频率、功率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，距离地面调节高度为0.3m至1.5m；2）无线汇聚节点（1）收集所有无线链路测量信息，并发送至通用PC机（2）；通用PC机（2）上运行的呼吸频率估计算法，基于链路测量信息对呼吸频率进行判断；无线汇聚节点（1）的无线通信工作频率能调节，电池及外电源供电，宽带全向天线，具有与通用PC进行数据传输的USB接口或者通用串行接口，距离地面调节高度0.3m至1.5m；3）利用无线链路信号强度的周期变化特征估计出链路变化的周期规律，实现呼吸频率的估算；呼吸频率估计算法：算法以无线链路接收信号强度信息作为输入信息，估算出信号强度变化周期，输出估计的呼吸频率；假设当前时刻各无线扫描节点共形成L条无线链路，各链路的信号强度变化为每条链路共采集了N个信号强度数据，当前时刻的人体呼吸频率F可采用下式估计：$\text{F=arg}{\max }_F\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\left|\underset{n=i-N+1}{\overset{i}{\Sigma }}{R}_l^n{e}^{-j2\mathrm{\pi FTn}}\right|$其中，F_max＞F＞F_min，F_max为最大呼吸频率，通常为50，F_min为最小呼吸频率，通常为8；呼吸频率估计算法通过对多条无线链路信号强度信息做傅里叶变换，分析其频域频谱特性，找出功率谱峰对应的频率数值，从而找出人体的呼吸频率；4）通用PC（2）上运行的呼吸频率估计算法以无线链路接收信号强度信息作为输入信息，通过分析多条无线链路信号强度信息的频域频谱特性，估算出信号强度变化周期，输出估计的呼吸频率找出功率谱峰对应的频率数值；采用通用PC机的主频1GHz以上，内存256M以上，具有与无线汇聚节点进行数据传输的USB接口或者通用串行接口；5）工作流程：通用PC机（2）发出开始监测的命令给无线汇聚节点（1），无线汇聚节点命令各无线扫描节点开始工作，之后各无线扫描节点开始进行无线扫描，并将各条无线链路的信号强度信息发送至无线汇聚节点；无线汇聚节点将各条无线链路的信号强度信息发送至通用PC机，通用PC机上运行的呼吸频率估计软件基于无线链路的信号强度信息，估计出人体呼吸频率，实现对人体呼吸频率的估计。