[發明專利]一種基于空排列的生理信號非線性特征提取方法

有效

• 申請號: 201911094763.6
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110807438B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 姚文坡;劉慧梟;林雨航;李俊俊;郭大慶;堯德中
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種基于空排列的生理信號非線性特征提取方法，應用于生理信號處理領域，針對現有技術缺少基于空排列的參數提取并分析生理信號的非線性特征的問題，本發明通過對獲取的生理信號進行等值排列符號化，得到第一向量及其第一排列類型；然后求第一排列類型的對稱排列類型，并將第一排列類型與其對稱排列類型歸類為第一組合；進而求第一向量的對稱向量，并獲得該對稱向量的排列類型，記為第二排列類型，將第一排列類型與第二排列類型歸類為第二組合；再根據第一組合與第二組合構建聯合排列組，并統計該聯合排列組中的特征量；最后根據特征量提取生理信號的非線性特征參數；本發明方法基于空排列能正確有效地表征了不同生理狀態下的生理信號。

技術領域

本發明屬于生理信號處理領域，特別涉及一種生理信號的符號時間序列分析和統計物理的非線性分析技術。

背景技術

人體的生理調節系統是非線性的復雜系統，現有的非線性分析方法多數需要計算概率分布，這對特性未知的生理時間序列而言并非易事。當前一種有效的解決辦法是符號時間序列分析，即將原始序列轉化為僅包含個別取值的序列，該方法在簡化概率估計的同時能提取序列的符號動力學特征，并且具有簡便、快速、抗噪聲等特點。在符號化方法中，排列法利用元素之間的大小關系充分表征了序列的結構化特征，并且沒有分割區間的限制，因而具有非常廣泛的應用。

排列類型數量的上限由向量長度決定，假設向量長度是m，在不考慮等值狀態的情況下，排列類型最多有m！個，如果考慮等值狀態，排列數量上限將會更大些。但是在現實信號的分析中，通常并不能獲得全部的排列類型，那些不會出現的排列被稱為空排列(forbidden permutation)。目前已經有研究表明，空排列的分布的特征(包括如偽空排列、空排列減少比率、對稱排列缺失等特性)中包含生理動力學系統的某些特征，然而如何從空排列的分布中提取復雜生理系統的非線性特征卻并沒有得到有效的解決。目前直接利用空排列提取系統特征的參數并不多，而且單純地從空排列分布角度不易提取生理信號中的非線性特征，利用空排列的方法往往需要結合相應的統計概念進行綜合性分析，因而根據空排列的分布提取不同生理、病例狀態的生理信號的非線性特征存在一定的難度。

總之，空排列包含的系統信息有利于生理系統的非線性分析，然而排列類型之間的關系較為復雜，因此如何利用基于空排列的參數提取并分析生理信號的非線性特征是一個有意義同時又復雜的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于空排列的生理信號非線性特征提取方法，通過將生理信號排列符號序列中的對稱排列以及對稱向量的排列和序列的空排列之間的關系相關聯，有效地對生理序列中的空排列及其包含的序列符號動力學特征提取出來。

本發明采用的技術方案為：一種基于空排列的生理信號非線性特征提取方法，包括：

S1、對獲取的生理信號進行等值排列符號化，得到第一向量及其第一排列類型；

S2、求第一排列類型的對稱排列類型，并將第一排列類型與其對稱排列類型歸類為第一組合；

S3、求第一向量的對稱向量，并獲得該對稱向量的排列類型，記為第二排列類型，將第一排列類型與第二排列類型歸類為第二組合；

S4、根據第一組合與第二組合構建聯合排列組，并統計該聯合排列組中的特征量；

S5、根據特征量提取生理信號的非線性特征參數。

進一步地，步驟S1具體為：

S11、對獲取的生理信號進行相空間重構，得到第一向量；

S12、根據第一向量中的元素按照從小到大的順序進行排序后的第一向量中元素坐標構建初始的排列類型，即初始的排列類型中一個坐標對應一個類型；