一种人员生命安全无线监测系统的制作方法

本实用新型涉及人员生命安全监测技术领域，尤其涉及一种人员生命安全无线监测系统。

背景技术：

人员生命安全监测对于工业生产、生活等至关重要，特别是针对密闭空间工作人员的生命安全监测具有重要的现实意义和实际需求。目前，针对人员生命安全监测的技术分为接触式和非接触式监测两种。接触式监测主要是通过对所监测人员佩戴相关传感器，利用传感器信息辨别人员的生命体征及行为等。常用的接触式传感器包括加速度计、呼吸带以及可穿戴式传感器等。非接触式监测主要采用基于视觉的感知和监测，通过摄像头录像，并经图像处理辨别人员的行为和状态。

然而，接触式监测技术是通过佩戴加速度计、手环等传感器进行人员生命安全监测，往往需要多个传感器组网感知，易影响人员的正常工作和舒适性，且存在忘记佩戴等风险。非接触式监测技术中基于视觉的人员生命安全监测，对光线比较敏感，往往信号处理计算量比较大，尤其在密闭空间的人员生命安全监测方面存在较大的局限性，且存在隐私保护问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种人员生命安全无线监测系统，能够实现对密闭空间人员的生命体征及行为进行非接触式感知和辨别，并对可能存在的跌倒等行为，以及生命体征异常状态进行监测和安全辨别。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何对密闭空间人员生命安全进行监测和辨别。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种人员生命安全无线监测系统，包括微波雷达收发器、信号调理模块、数据采集模块、信号处理模块及安全判别模块，所述各模块通过硬件依次相连接。

进一步地，所述微波雷达收发器包括射频信号源、天线、放大、滤波和混频硬件。

进一步地，所述微波雷达收发器是连续波雷达收发器。

进一步地，所述连续波雷达收发器是调频连续波雷达收发器。

进一步地，所述信号调理模块包括滤波和放大电路。

进一步地，所述滤波电路是低通滤波电路。

进一步地，所述信号处理模块包括行为监测子模块和生命体征监测子模块。

进一步地，所述行为监测子模块是通过采用短时傅里叶变换对人员所处的距离单元信号进行微多普勒特征提取的模块。

进一步地，所述安全判别模块是通过对信号处理模块处理的人员状态进行安全辨别的模块。

进一步地，所述信号调理模块功能也可以集成于所述信号处理模块中，通过所述信号处理模块实现对采集信号的滤波和放大功能。

本实用新型能够根据密闭空间人员运动和准静态两种状态分别对人员的行为(尤其是跌倒)和生命体征信息进行监测，进而辨别人员是否安全。

与现有技术相比，本实用新型能够实现非接触式的人员跌倒等行为的监测，以及人体生命体征的无线监测，有效解决了密闭空间人员的生命安全的监测，具有监测性能稳定可靠、非接触、功耗低、体积小、便于与现有系统集成等优点。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例系统逻辑结构框图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例一种人员生命安全无线监测系统，包括微波雷达收发器、信号调理模块、数据采集模块、信号处理模块及安全判别模块，各模块通过硬件依次相连接。其中，微波雷达收发器包括射频信号源、天线、放大、滤波和混频硬件，信号调理模块包括滤波和放大电路，信号处理模块包括行为监测子模块和生命体征监测子模块。

优选地，微波雷达收发器采用调频连续波微波雷达收发器，安装在密闭空间的某一位置，通过发射电磁波，并接收人体反射的回波信号，经过雷达收发器的放大、滤波和混频等硬件处理得到基带信号。然后，基带信号通过信号调理模块进行信号放大和低通滤波处理。数据采集模块同步采集基带信号和调制波信号，然后输入到信号处理模块。

信号处理模块对数据采集模块输出的基带信号进行处理，提取微多普勒特征，通过微多普勒特征的能量分布判断人员所处状态是运动状态还是准静态状态。如果是处于运动状态，则根据人员运动产生的微多普勒特征形式判定人员是否产生跌倒行为。如果处于准静态状态时，则提取人体胸廓的起伏微动信息，估计呼吸和心跳频率的幅值和频率。

具体信号处理过程如下，首先提取时域距离像信息，进而进行背景静态杂波干扰消除，然后对人员所处的距离单元信号进行微多普勒特征提取。微多普勒特征的提取方法优选短时傅里叶变换。通过判断微多普勒特征的时频能量分布来初步辨别人员处于运动状态或者准静态状态。如果人员躯干引起的微多普勒特征的时频能量分布集中在零频处，判定为准静态状态，否则判定为运动状态。如果人员处于运动状态时，就运行行为监测子模块，通过判定微多普勒特征在时间轴上的变化，如果短时间内发生剧烈的多普勒频移变化，则辨别为发生跌倒行为；如果人员处于准静态状态时，就运行生命体征监测子模块，通过测量人体呼吸和心跳运动引起的胸壁和后背的起伏微动信息，提取人体的呼吸和心跳振幅和频率信息。

安全辨别模块是基于信号处理模块处理的人员状态信息进行安全辨别，如监测到存在跌倒行为，判定为危险；如监测到准静态下人员的呼吸和心跳幅值和频率异常，判定为危险；其他状况，则判定为安全。

实施例2

基于实施例1，将信号调理模块的功能集成到信号处理模块中，通过信号处理模块来实现雷达基带信号的滤波和放大等处理，这样就可以将系统中的信号调理模块去掉，从而简化系统硬件结构。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种人员生命安全无线监测系统，其特征在于，包括微波雷达收发器、信号调理模块、数据采集模块、信号处理模块及安全判别模块，所述各模块通过硬件依次相连接。

2.如权利要求1所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述微波雷达收发器包括射频信号源、天线、放大、滤波和混频硬件。

3.如权利要求2所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述微波雷达收发器是连续波雷达收发器。

4.如权利要求3所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述连续波雷达收发器是调频连续波雷达收发器。

5.如权利要求1所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括滤波和放大电路。

6.如权利要求5所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述滤波电路是低通滤波电路。

7.如权利要求1所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括行为监测子模块和生命体征监测子模块。

8.如权利要求7所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述行为监测子模块是通过采用短时傅里叶变换对人员所处的距离单元信号进行微多普勒特征提取的模块。

9.如权利要求1所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述安全判别模块是通过对信号处理模块处理的人员状态进行安全辨别的模块。

10.如权利要求1-9任一项所述人员生命安全无线监测系统，其特征在于，所述信号调理模块的功能亦可集成于所述信号处理模块中，通过所述信号处理模块实现对采集信号的滤波和放大功能。

技术总结
本实用新型公开了一种人员生命安全无线监测系统，涉及人员生命安全监测技术领域，包括微波雷达收发器、信号调理模块、数据采集模块、信号处理模块及安全判别模块，所述各模块通过硬件依次相连接。本实用新型能够实现对密闭空间人员生命安全的监测，具有监测性能稳定可靠、非接触、功耗低、体积小、便于与现有系统集成等优点。

技术研发人员：熊玉勇;彭志科;李松旭;王冬
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2019.07.03
技术公布日：2020.07.10