基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台及方法技术

本发明专利技术公开了基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台及方法，包括：终端采集报警装置、网关及服务器；所述终端采集报警装置分别安装在卧室、客厅及浴室，所述终端采集报警装置采用FPGA+DSP+ARM结构，利用FPGA快速采集雷达信号，DSP对信号进行快速FFT运算并实现智能跌倒判断，ARM作为整个装置的控制单元实现数据的远传和跌倒报警；所述终端采集报警装置将采集的数据通过网关上传至服务器，绘制实时数据曲线和历史数据曲线，随时掌握老人的动态。本发明专利技术的跌倒报警平台采用非接触式雷达检测技术，解决了穿戴式装置佩戴舒适性差、设备清洗困难等缺点，而基于视频方法的跌倒检测在洗手间和卧室等场所不利于隐私保护、适用范围受限等缺点。

Fall alarm platform and method for the elderly based on Doppler radar technology

【技术实现步骤摘要】
基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台及方法
本专利技术属于监测
，尤其涉及基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前，我国人口老龄化形势日益严峻，人工智能将成为推动医疗建设的重要技术手段，同时将带动老年人智能看护设备进入快速发展期。老年人意外跌倒是危害老年人身心健康的“头号杀手”，世界卫生组织指出每年65岁以上老人跌倒的概率为28％-35％，大于70岁的概率为32％-42％。由于老年人的身体状态进入到衰老期，身体的运动技能大大降低，当老年人突然跌倒时，若不能得到及时救助，极易引发一系列并发症，如骨折、软组织挫伤、心脏震荡、脑血栓、心理创伤等。据统计，意外跌倒引发的死亡占老年人死亡原因的25％。专利技术人在研究中发现，尽管基于可穿戴式装置的跌倒检测方法是当前国内外医疗机构、科研机构的研究热点，但是该方法存在佩戴舒适性差、设备清洗困难等缺点，而基于视频方法的跌倒检测在洗手间和卧室等场所不利于隐私保护、适用范围受限等缺点，基于多普勒生物雷达的生命体征信号监护技术，具有非接触式、成本低、穿透能力强、抗干扰能力强，环境温度和湿度干扰小等特点，在老年人监护中得到了广泛的应用。但是对于老年人的非接触式跌倒检测目前还没有统一的平台方案。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台，大大提高了跌倒装置探测准确度。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台，包括：终端采集报警装置、网关及服务器；所述终端采集报警装置分别安装在卧室、客厅及浴室，所述终端采集报警装置采用FPGA+DSP+ARM结构，利用FPGA快速采集雷达信号，DSP对信号进行快速FFT运算并实现智能跌倒判断，ARM作为整个装置的控制单元实现数据的远传和跌倒报警；所述终端采集报警装置将采集的数据通过网关上传至服务器，绘制实时数据曲线和历史数据曲线，随时掌握老人的动态。进一步的技术方案，所述雷达传感器包括雷达接收机及天线，雷达接收机的结构采用零中频正交结构，所述天线将接收的信号传输至零中频正交结构；所述零中频接收机包括：低噪声放大器，将天线接收到的雷达回波信号进行信号放大后传输至射频带通滤波器；射频带通滤波器进行带通滤波处理滤波后，将信号分别传输两路加法器，一路加法器将射频信号传输至基频滤波器进行滤波，滤波后进行功率放大后进行输出；另一路加法器将射频信号与本振信号混频后传输至基频滤波器进行滤波，滤波后进行功率放大后进行输出，还原人体微动信息。雷达接收机的结构采用零中频正交结构，雷达接收机将射频信号直接与本振信号混频，零中频接收机在接收到雷达回波信号后，通过射频带通滤波处理滤波，再经过低噪声放大器LNA进行适度比例的信号放大，然后将处理后的信号与本振信号混频，还原人体微动信息。本专利技术的另一方面公开了基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警方法，包括：采集两路雷达原始回波信号，共采集N*2组，其中N为傅里叶变换点数；针对不同位置采集的信号分别进行通过加窗、滤波以及相位和幅度FFT运算后判断老年人是否跌倒，并将信号处理分析后的结果上传至服务器平台，绘制实时数据曲线和历史数据曲线，监控平台随时掌握老人的动态。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本专利技术的跌倒报警平台采用非接触式雷达检测技术，解决了穿戴式装置佩戴舒适性差、设备清洗困难等缺点，而基于视频方法的跌倒检测在洗手间和卧室等场所不利于隐私保护、适用范围受限等缺点。同时监测终端采用FPGA+DSP+ARM结构，大大提高了信号采集到处理的速度。信号处理算法方面也进行了优化，提高跌倒检测的准确率以及检测速度。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例跌倒监测平台；图2为本专利技术实施例零中频接收机结构；图3为本专利技术实施例跌倒监测终端原理框图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一本实施例公开了基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台，包含至少一台服务器，至少三套终端采集报警装置以及至少一套WIFI网关。终端采集报警装置主控制器采用FPGA+DSP+ARM结构，利用FPGA优势，快速采集雷达信号，DSP对信号进行快速FFT运算并实现智能跌倒判断，ARM作为整个装置的控制单元实现数据的WIFI远传和跌倒报警。本专利技术采用单频24GHz连续波雷达(NJR4262)作为非接触式跌倒监测终端传感器(传感器即雷达模块)。此模块的检测速度快、灵敏度高，可以进行动态检测与实时处理，输出的信号为两路正交信号可以方便地调制。根据家庭和社区养老等场所，将跌倒监测终端分为三类：浴室跌倒监测终端、卧室监测终端和客厅监测终端；三类监测终端的硬件电路是一样的，不同的是监测算法实现不同。跌倒监测终端搭建无线通讯模块，可以方便的连接家庭中的无线网络并将反映老人的生命体征数据通过无线网络上传至跌倒监测服务器平台，有访问权限的手机客户端和网络电脑可以分别通过GPRS/GSM网络和INTERNET访问历史数据以及实时查看老年人的状态，在老人发生跌倒意外时跌倒监测终端能够声光报警同时在第一时间通知家人和医生。雷达接收机的结构采用零中频正交结构如图2所示，接收机将射频信号直接与本振信号混频。零中频接收机在接收到雷达回波信号后，通过射频带通滤波处理滤波，再经过低噪声放大器LNA进行适度比例的信号放大，然后将处理后的信号与本振信号混频。可以避免零点问题，同时配合有效的解调校准技术可实现高线性度的相位解调，还原人体微动信息。在该实施例子中，雷达模块就是指的传感器模块，其中包括信号源、接收机和发射机，而终端采集报警装置包括雷达模块，控制器和WIFI模块。本实施例的跌倒装置从信号源的频段选择和射频模块设计以及信号处理算法方面都进行了优化，大大提高了跌倒装置探测准确度，终端采集报警装置包括信号源和射频模块，信号源和射频模块都是雷达模块的一部分。如图1所示，跌倒监测服务器平台包括老年人生命体征数据库管理系统、跌倒远程监控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警方法，其特征是，包括：/n采集两路雷达原始回波信号，共采集N*2组，其中N为傅里叶变换点数；/n针对不同位置采集的信号分别进行通过加窗、滤波以及相位和幅度FFT运算后判断老年人是否跌倒，并将信号处理分析后的结果上传至服务器平台，绘制实时数据曲线和历史数据曲线，监控平台随时掌握老人的动态。/n

【技术特征摘要】
1.基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警方法，其特征是，包括：
采集两路雷达原始回波信号，共采集N*2组，其中N为傅里叶变换点数；
针对不同位置采集的信号分别进行通过加窗、滤波以及相位和幅度FFT运算后判断老年人是否跌倒，并将信号处理分析后的结果上传至服务器平台，绘制实时数据曲线和历史数据曲线，监控平台随时掌握老人的动态。


2.如权利要求1所述的基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警方法，其特征是，对浴室采集的N*2组数据做处理后，然后做快速的傅里叶变换，得到N/2的频域数据，其中I(t)、Q(t)为采集的原始数据。


3.如权利要求1所述的基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警方法，其特征是，对卧室采集N*2组数据进行处理，然后做快速的傅里叶变换，得到N/2的频域数据，其中I(t)、Q(t)为AD采集的原始数据。


4.如权利要求1所述的基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台的跌倒监测报警方法，其特征是，对客厅采集的N*2组数据分为实部和虚部数据，按照公式a(t)＝I(t)+iQ(t)做处理，然后做快速的傅里叶变换，得到N/2的频域数据；其中I(t)、Q(t)为AD采集的原始数据。


5.如权利要求2-3任一所述的基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台的跌倒监测报警方法，其特征是，得到频域数据后，根据频率阈值进行截取，然后按照多普勒向进行累加；基于累加值及设定阈值进行比较判断是否跌倒。


6.一种基于多普勒雷达技术的老年人跌倒报警平台，其特征是，包括：
终端采集报警装置、网关及服务器；
所述终端采集报警装置分别安装在卧室、客厅及浴室，所述终端采集报警装置利用FPGA快速采集雷达信号，DSP对信号进行快速FFT运算并实现智能跌倒判断，ARM作为整个装置的控制单元实现数据的远传和跌倒报警；

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，李向东，颜广，赵兴文，张延波，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37