本发明提供一种自动睡眠分期的建立方法及其应用。该自动睡眠分期的建立方法包括：获取若干组PSG信号以及PSG信号的人工睡眠标记信息；预分析，将PSG信号中的原始时间序列分解为一组类本征模态函数；将所述类本征模态函数进行组合，得到m组时间序列集合；多尺度熵分析，使用n个采样尺度对m组时间序列集合进行熵值计算，得到具有m×n个元素的熵矩阵；建立所述意识水平与熵矩阵的元素之间的相关系数矩阵，找出相关系数矩阵中最大正相关元素或者最大负相关元素相对应的采样尺度和滤波尺度；采样尺度为粗粒度尺度；根据最大正相关元素或最大负相关元素的采样尺度和滤波尺度，计算待测者在该采样尺度和滤波尺度的熵值，根据该熵值判断患者的睡眠状态。