CN109222983A - 一种基于纳米波技术的形态监测方法 - Google Patents

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116—Determining posture transitions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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Abstract

本发明涉及一种基于纳米波技术的形态监测方法，包括以下步骤：确定参考目标，并向参考目标发送纳米波信号；用两根位置不同的接收天线接收经过目标反射后的回波信号，得到波程差率；将发送的纳米波信号转换为用于检测最终目标位置的角度发射纳米波信号；接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到最终目标的位置和方位角；根据最终目标的位置和方位角判断目标形态。本发明能够在保护人员隐私的情况下判断人员的形态。

Description

一种基于纳米波技术的形态监测方法
技术领域
本发明涉及人体形态监测技术领域，特别是涉及一种基于纳米波技术的形态监测方法。
背景技术
现今，随着人们的生活水平提高，对自身的健康和幸福更加注意与关心，人们对于远离医疗环境以外其他检测方式的期望也在提高。除了专业医疗机构以外实际上对于老人在无人看管的时候，在外出旅行的时候，特别是在乘坐游轮时可能发生的不适会导致生理变化，突发性疾病往往使家人措手不及。现有的形态监测方法通常采用的是摄像头来进行监测，但是这种方式只能用在公共场所使用，在涉及到隐私的场所就无法安装如客房和卫生间。如果人们在这些地方突发疾病时无人发现则将导致非常严重的后果，因此亟需一种新型的监测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纳米波技术的形态监测方法，能够在保护人员隐私的情况下判断人员的形态。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于纳米波技术的形态监测方法，包括以下步骤：
(1)确定参考目标，并向参考目标发送纳米波信号；
(2)用两根位置不同的接收天线接收经过参考目标反射后的回波信号，得到波程差率；
(3)将发送的纳米波信号转换为用于检测最终目标位置的探测角度，再发射纳米波信号；
(4)接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到最终目标的位置和方位角；
(5)根据最终目标的位置和方位角判断目标形态。
所述步骤(2)具体包括以下子步骤：
(21)将发射信号作为参考信号，分别将两根接收天线接收的回波信号与参考信号做差频处理，得到两个接收天线处理后的信号；
(22)将得到的两个接收天线处理后的信号进行相关运算，得到两个回波信号的互相关函数；
(23)根据所述互相关函数，用频率估计方法估计出两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值；
(24)根据两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，得到两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差率。
所述步骤(24)中波程差率的计算方式为td＝2R/c，其中，td为波程差率，R为参考目标与发射装置的距离，c为光速。
所述步骤(3)中通过td/f0＝(T/2)/F对发送的纳米波信号进行转换，其中，td为波程差率，f0为发射信号与回波信号的频率差，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽。
所述步骤(4)中最终目标的距离根据R'＝[(c*T)/4F]*f0计算得到，目标的速度根据V＝(f0a-f0b)*c/4f0计算得到，其中，R'是最终目标与发射装置的距离，c为光速，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽，f0为发射信号与回波信号的频率差，V是最终目标的移动速度，f0a是最终目标在a位置时的发射信号与回波信号的频率差，f0b是最终目标在b位置时的发射信号与回波信号的频率差；方位角根据两根接收天线分别接收到的回波信号与接收天线的间距之间的三角函数关系得到。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明能够在全天候场景下快速感知0-100米范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息，可判断人员站、坐、躺的形态，采用纳米波作为测量介质，其能穿透烟、雾、火焰等，做到零误报。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中纳米波感应装置的结构示意图；
图3是本发明中目标方位角计算的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于纳米波技术的形态监测方法，如图1所示，包括以下步骤：确定参考目标，并向参考目标发送纳米波信号；用两根位置不同的接收天线接收经过目标反射后的回波信号，得到波程差率；将发送的纳米波信号转换为用于检测最终目标位置的角度发射纳米波信号；接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到最终目标的位置和方位角；根据最终目标的位置和方位角判断目标形态。
本实施方式中采用的纳米波感应装置的结构如图2所示，其包括至少两根并列设置的接收天线，和至少一根发射天线，使用时可以将其安装在房顶上。在进行检测时，具体步骤如下：
步骤一、确定目标，在确定后由发射天线向目标发送纳米波信号。
步骤二、用两根位置不同的接收天线接收经过目标反射后的回波信号，得到波程差率。其具体过程为：将发射信号作为参考信号，分别将两根接收天线接收的回波信号与参考信号做差频处理，得到两个接收天线处理后的信号；将得到的两个接收天线处理后的信号进行相关运算，得到两个回波信号的互相关函数。根据所述互相关函数，用频率估计方法估计出两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值。根据两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，得到两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差率，波程差率计算方式为：td＝2R/c，其中，td为波程差率，R为参考目标与发射装置的距离，c为光速。
步骤三、在得到波程差率后将发送的纳米波信号转换为用于检测目标位置的探测角度，并再次发射纳米波信号。本实施方式中，通过td/f0＝(T/2)/F对发送的纳米波信号进行转换，其中，td为波程差率，f0为发射信号与回波信号的频率差，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽。
步骤四、接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到目标的位置和方位角。在进行位置计算时其方法如下：纳米波感应装置通过发射天线发出相应波段的有指向性的纳米波，当纳米波遇到障碍目标后反射回来，通过接收天线接收反射回来的纳米波波。根据纳米波的波段，通过根据R'＝[(c*T)/4F]*f0和V＝(f0a-f0b)*c/4f0计算得到，其中，R'是最终目标与发射装置的距离，c为光速，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽，f0为发射信号与回波信号的频率差，V是最终目标的移动速度，f0a是最终目标在a位置时的发射信号与回波信号的频率差，f0b是最终目标在b位置时的发射信号与回波信号的频率差，如此就可以知道毫米波雷达和目标之间的相对距离了。在目标的方位角计算时其方法如下：通过纳米波感应装置的发射天线发射出纳米波后，遇到被被测目标后，纳米波反射回来，通过纳米波感应装置上设置的两个并列的接收天线，通过收到同一监测目标反射回来的纳米波的相位差，就可以计算出目标的方位角了。其原理图如图3所示，方位角αAZ是通过纳米波感应装置的接收天线RX1和接收天线RX2之间的几何距离d，以及两根纳米波感应装置的接收天线所收到反射回波的相位差b，然后通过三角函数计算得到方位角方位角αAZ的值。
步骤五、根据目标的位置和方位角判断目标形态。根据得到的目标位置可以判断出目标所处的状态，因为人站着时、坐着时和躺着时距离纳米波感应装置的距离是不同的，因此可以判断出人在室内的形态，如果某人长时间位于某一形态而不发生任何移动，则表示这人的健康状况发生了变化，此时就可以进行报警处理。为了做出更准确的判断而不误报，因此引入方位角，由于房间内的床铺是固定的，因此可以根据方位角判断出，人是因睡觉躺在床上还是因发生意外倒在地上。
不难发现，本发明能够在全天候场景下快速感知0-100米范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息，可判断人员站、坐、躺的形态，采用纳米波作为测量介质，其能穿透烟、雾、火焰等，做到零误报。

Claims (5)

1.一种基于纳米波技术的形态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定参考目标，并向参考目标发送纳米波信号；
(2)用两根位置不同的接收天线接收经过参考目标反射后的回波信号，得到波程差率；
(3)将发送的纳米波信号转换为用于检测最终目标位置的探测角度，再发射纳米波信号；
(4)接收新的回波信号，并根据所述波程差率得到最终目标的位置和方位角；
(5)根据最终目标的位置和方位角判断目标形态。
2.根据权利要求1所述的基于纳米波技术的形态监测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：
(21)将发射信号作为参考信号，分别将两根接收天线接收的回波信号与参考信号做差频处理，得到两个接收天线处理后的信号；
(22)将得到的两个接收天线处理后的信号进行相关运算，得到两个回波信号的互相关函数；
(23)根据所述互相关函数，用频率估计方法估计出两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值；
(24)根据两个回波信号的最高谱峰所在位置对应的频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，得到两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差率。
3.根据权利要求2所述的基于纳米波技术的形态监测方法，其特征在于，所述步骤(24)中波程差率的计算方式为td＝2R/c，其中，td为波程差率，R为参考目标与发射装置的距离，c为光速。
4.根据权利要求1所述的基于纳米波技术的形态监测方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过td/f0＝(T/2)/F对发送的纳米波信号进行转换，其中，td为波程差率，f0为发射信号与回波信号的频率差，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽。
5.根据权利要求1所述的基于纳米波技术的形态监测方法，其特征在于，所述步骤(4)中最终目标的距离根据R'＝[(c*T)/4F]*f0计算得到，目标的速度根据V＝(f0a-f0b)*c/4f0计算得到，其中，R'是最终目标与发射装置的距离，c为光速，T为调制的纳米波周期，F为调制的纳米波带宽，f0为发射信号与回波信号的频率差，V是最终目标的移动速度，f0a是最终目标在a位置时的发射信号与回波信号的频率差，f0b是最终目标在b位置时的发射信号与回波信号的频率差；方位角根据两根接收天线分别接收到的回波信号与接收天线的间距之间的三角函数关系得到。
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