[发明专利]人体周围非自由空间环境下信号的线性检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信号处理技术领域的方法，具体是一种人体周围非自由空间环境下信号的线性检测方法。

背景技术

无线设备正朝着小型化、个人化的方向发展，这其中非常具有代表性的就是无线自组网络的发展。在诸多无线应用领域中，医用无线技术得到了非常迅速的发展。为了能够实现医疗即时监护的目的，需要将传感器放置于身体的许多部位并及时地处理这些传感器测得的数据。于是无线体域网(WBAN)的概念被提出。无线体域网在医学领域的应用中，需要通过放置在人体表面的无线设备监测人体的生理信息，体域网进行汇总处理。由于是在人体附近工作，无线体域网中的信号传输功率等参数受到了约束。这就对整个无线体域网系统的信号检测能力提出了较高的要求。对于一般无线自由空间环境下的信号检测，现在已经提出了很多不同的线性检测方法(包括能量检测，循环谱检测，匹配滤波检测等)。

考虑到人体运动的高度随机性，在整个检测过程中加入人体运动估计作为辅助。在运动估计方面，Tanmay Pawar等人在其发表在IEEE杂志上的《Transition Detection in Body MovementActivities for Wearable ECG(可携带式心电检测系统中人体运动过程的传输检测)》中详细阐述了使用人体ECG(心电信号)信号作为人体运动估计的方法，论证了使用人体生理信号检测人体运动的可行性；AndrewFort等人则在IEEE杂志上的《Characterization of the UltraWideband Body Area Propagation Channel(超宽带体域传播的信道特性)》中具体研究了人体运动和姿态变化会对传输信号造成的影响，说明了人体姿态对人体周围信道的重要影响。

实际上在人体周围的无线信号检测环境和标准自由空间有很大的不同。标准自由空间指的是可以用大尺度或者小尺度数学模型描述，各向同性沿各个轴特性一样且同类均匀结构的区域。在自由空间中的无线信号满足线性可加性，可以用适当的数学模型加以描述。由于无线体域网中的各个传感节点放置在人体表面，其相互之间的无线信道受到人体运动与姿态的影响非常严重。虽然在体域网内无线信道还受到周围环境以及天线自身特性的影响，但其中人体姿态起到非常重要的作用。因为对于由任意两个放置在人体体表的传感节点构成的无线信道，人体姿态的运动都会导致接收信号幅度的波动，改变信道的传输特性。而且由于人体运动的高度随机性和复杂性，无法使用数学模型加以建模预测，即不存在通用方式去预测不同人的运动，因此将人体周围空间定义为非可预测自由空间，后简称为非自由空间。

在人体周围的非自由空间中，由于引入了人体自身的无规则运动，因此整个过程无法用数学模型描述，但在该空间中，对于任意无穷小时间dt，人体姿态固定不变可以得到一个标准自由空间，现有的很多线性检测方法可以在该标准的自由空间中使用。对时间dt做积分到整个时间过程后，尽管人体离散运动的连续积分结果属于自由空间，但姿态函数的引入会导致无规则运动参数并输入到最终积分结果，因此积分结果仍然为非自由空间。但由于涉及到的线性检测方法在该空间中任意一个时刻确定的自由空间中可用，因此其在整个非自由空间中仍然适用。

经对现有文献检索发现，Tevfik Yucek等人在IEEE杂志上的《A Survey of SpectrumSensing Algorithms for Cognitive Radio Applications(认知无线电应用中频谱感知方法的调查)》中详细阐述了包括能量检测，匹配滤波检测，循环谱检测，合作检测在内的数种在自由空间中常用的信号频谱检测方式，并根据目前现有的一些通信协议提出了具体的检测方式和性能分析，初步论证了其可行性。但是该技术是围绕无线标准自由空间下展开的，并没有专门针对无线体域网中的实际信道特性进行研究。其中任何一种独立的线性检测方法只能完成对一种固定环境下的信号检测，考虑到人体姿态变化的复杂性，该技术中提出的方法无法应对多变的人体周围多变的无线环境下的信号检测需要。

发明内容