一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统及方法与流程

1.本发明属于雷达检测技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统及方法。


背景技术：

2.近年来，社会老龄化问题越来越严重，人体的各项生理机能会随着年龄的增长逐渐退化，老年人因跌倒等突发性状况导致身体受到严重伤害的问题日益显著。因此，为实现室内环境下对老人的智能医疗看护，保护老人的身体健康，跌倒实时检测技术具有积极的现实意义。针对老年人的跌倒检测系统正受到越来越多的关注。
3.跌倒检测系统主要分为接触式跌倒检测系统和非接触式跌倒检测系统两大类。接触式跌倒检测系统一般利用加速度传感器来判断检测目标是否跌倒，需要佩戴在用户身上才能实现检测。其优点是成本低，功能易于集成，缺点是对缓慢跌倒状态的识别率低，需要对设备进行定期充电，充电时无法进行检测，并且在佩戴过程中存在舒适性问题，易用性较差。非接触式跌倒检测系统无需佩戴在用户身上，检测装置被直接放置在检测目标经常活动的特定区域中，利用摄像头或毫米波雷达等传感器采集信息后结合相关算法完成跌倒状态的判断。
4.基于摄像头采集视频图像的检测系统的优点是在光线足够且无遮挡环境下识别准确率很高，并具有可视化的功能。缺点是受环境影响大，在光线不足，有物体遮挡的情况下无法获取数据进行跌倒检测。其需要复杂的视觉分析算法，成本高，存在隐私泄露的风险。
5.基于毫米波雷达的跌倒检测系统成本较低，不易受环境因素影响，没有隐私泄露的风险，并且具有识别率高、反应快速的优点。但其对雷达设备的安装位置有一定要求，毫米波雷达需要固定在确定的位置，如果只安装一个雷达，容易出现雷达探测死角；而且虽然雷达在测距方面有很大优势，但人员跌倒需要对人员进行三维定位，即不但需要获得水平方向的位置信息(距离和方位)，还需获得高度方向的变化信息，综合上述情况，只设置一个雷达很难满足跌倒检测的精度要求。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统及方法，通过设置两个分别在水平方向和竖直方向扫描的毫米波雷达，利用雷达的测距优势实现对待监测人员的跌倒检测。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
8.第一方面，本发明提供一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，包括：安装在监测区域上方建筑物上向下发射电磁波束的第一雷达，安装在监测区域一侧建筑物上向水平方向发射电磁波束的第二雷达，与第一雷达和第二雷达连接的云服务器，与云服务器连接的手机终端；第一雷达和第二雷达均为脉冲调制毫米波雷达，用于目标检测与定位；云服务
器用于基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，当检测出人员跌倒时向所述手机终端发送报警信息。
9.进一步地，第一雷达和第二雷达进行目标检测与定位的方法包括：
10.基于相邻两个脉冲周期回波信号的差进行信号积累，公式如下：
[0011][0012]
式中，y(t
2i
)、y(t
2i-1
)为相邻两个脉冲周期的回波信号幅度，t
2i
＝t
2i-1
+t，t为脉冲调制信号的周期，i＝1,2,
…
,n，n为进行信号积累的周期数量，y为信号积累的幅值；
[0013]
若y》y0，则检测到目标，其中，y0为目标检测门限电平；
[0014]
第一雷达或第二雷达与目标的距离为：
[0015]
r＝ct/2
[0016]
式中，r为第一雷达或第二雷达与目标的距离，c为光速，t为回波信号相对发射信号的滞后时间。
[0017]
更进一步地，所述目标检测门限电平y0为：
[0018][0019]
式中，σ为噪声电平，p
fa
为设定的虚警概率。
[0020]
进一步地，进行人员跌倒检测的方法包括：
[0021]
实时计算第一雷达和第二雷达的回波信号幅度y1、y2；
[0022]
若y1大于设定阈值，y2小于设定阈值，则基于第一雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0023]
若y1小于设定阈值，y2大于设定阈值，则基于第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0024]
若y1、y2均大于设定阈值，则基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测。
[0025]
更进一步地，基于第一雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0026]
基于第一雷达获得的目标距离计算设定时间δt内人员在竖直方向的位移δr1，公式如下：
[0027]
δr1＝|r
1b cosα
1b-r
1a cosα
1a
[0028]
式中，r
1a
、r
1b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第一雷达的距离，α
1a
、α
1b
分别为时间δt两个端点时刻人员与第一雷达的连线相对竖直方向的偏角；
[0029]
计算人员在竖直方向的移动速度v1＝δr1/δt；
[0030]
计算时间δt内目标回波幅度的增加量δy1；
[0031]
若δr1、v1和δy1均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0032]
更进一步地，按下式计算cosα
1a
：
[0033]
cosα
1a
＝h/r
1a
[0034]
式中，h为人员正常行走或站立时第一雷达与人员头顶的竖直距离，可通过求解下面的方程得到：
[0035][0036]
式中，r
1a
、r
1b
和r
2a
、r
2b
分别为人员正常行走时任意两个时刻第一雷达和第二雷达测得的距离值；
[0037]
h也可以取历史数据中第一雷达与人员距离r1的最小值，即h＝min{r1}。
[0038]
更进一步地，基于第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0039]
基于第二雷达获得的目标距离计算设定时间δt内人员在水平方向的位移δr2，公式如下：
[0040]
δr2＝|r
2b-r
2a
[0041]
式中，r
2a
、r
2b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第二雷达的距离；
[0042]
计算人员在水平方向的移动速度v2＝δr2/δt；
[0043]
计算时间δt内目标回波幅度的减小量δy2；
[0044]
若δr2、v2和δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0045]
更进一步地，基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0046]
若δr1、v1和δr2、v2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0047]
更进一步地，基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0048]
若δr1、v1、δy1和δr2、v2、δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0049]
第二方面，本发明提供一种应用所述系统进行人员跌倒检测的方法，包括以下步骤：
[0050]
实时获取第一雷达和第二雷达获得的目标距离；
[0051]
基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0052]
当检测出人员跌倒时，向所述手机终端发送报警信息。
[0053]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
[0054]
本发明通过设置安装在监测区域上方建筑物上向下发射电磁波束的第一雷达，安装在监测区域一侧建筑物上向水平方向发射电磁波束的第二雷达，与第一雷达和第二雷达连接的云服务器，与云服务器连接的手机终端，第一雷达和第二雷达均为脉冲调制毫米波雷达，用于目标检测与定位，云服务器用于基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，当检测出人员跌倒时向所述手机终端发送报警信息。本发明通过设置分别在竖直方向和水平方向扫描的脉冲调制毫米波雷达，并基于两个雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，具有解算方法简单、检测精度高等优点，解决了现有技术只设置一个雷达存在探测死角的问题。
附图说明
[0055]
图1为本发明实施例一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统的方框图。
[0056]
图中，1-第一雷达，2-第二雷达，3-云服务器，4-手机终端。
[0057]
图2为检测门限电平与噪声的关系示意图。
[0058]
图3为人员跌倒时的示意图。
[0059]
图4为计算h的几何原理示意图。
[0060]
图5为本发明实施例一种应用所述系统进行人员跌倒检测的方法的流程图。
具体实施方式
[0061]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
图1为本发明实施例一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统的方框图，包括：安装在监测区域上方建筑物上向下发射电磁波束的第一雷达1，安装在监测区域一侧建筑物上向水平方向发射电磁波束的第二雷达2，与第一雷达1和第二雷达2连接的云服务器3，与云服务器3连接的手机终端4；第一雷达1和第二雷达2均为脉冲调制毫米波雷达，用于目标检测与定位；云服务器3用于基于第一雷达1和/或第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测，当检测出人员跌倒时向所述手机终端4发送报警信息。
[0063]
本实施例中，所述系统主要由第一雷达1、第二雷达2、云服务器3和手机终端4组成，各个部分的交连关系如图1所示。下面分别介绍各个部分的功能原理。
[0064]
第一雷达1和第二雷达2，主要用于实现两个垂直方向的目标检测与定位。雷达是利用无线电发现目标并测定它们空间位置的装置，因此，雷达也被称为“无线电定位设备”。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其反射回来的回波信号，由此获得目标至雷达的距离，进而得到距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达的分类方式很多，按照工作波长分类，本实施例的第一雷达1和第二雷达2均属于毫米波雷达；按照高频电磁波调制方式分类，本实施例的两个雷达又均属于脉冲调制雷达(脉冲信号调制正弦载波信号)，因此是脉冲调制毫米波雷达。毫米波雷达具有分辨力高、测距精度高、易于小型化等优点；脉冲调制具有测距原理简单(脉冲延迟测距)、测距精度高等优点。本实施例的第一雷达1安装在监测区域上方建筑物上(如天花板)，向下发射电磁波束，用于测量被监测人员与第一雷达1的距离r1。如图3所示。测量r1的目的是为了获得人员高度的变化，便于基于人员高度的变化进行跌倒检测。本实施例的第二雷达2安装在监测区域一侧建筑物上(如墙壁或立柱上)，向水平方向发射电磁波束，用于测量被监测人员与第二雷达2的水平距离r2。如图3所示。测量r2的目的是为了获得人员水平位移的变化，便于基于人员水平位移的变化进行跌倒检测。本实施例设置两个雷达的目的主要有两个：一是可以避免只设置一个雷达容易出现探测死角(雷达波束扫不到的地方)，一旦一个雷达出现死角，可以利用另一个雷达进行人员跌倒检测；二是可以只利用两个雷达测得的距离信息即可方便、精确地测量人员在水平和竖直两个方向的位移，而由于雷达的方向(方位角和俯仰角)测量精度明显劣于距离测量精度，只设置一个雷达很难精确地同时获得水平和竖直两个方向的位移(一个方向的位移可通过测距获得，另一个方向的位移只能利用方向信息进行解算)。
[0065]
云服务器3，主要用于基于两个雷达的目标检测信息进行人员跌倒识别(检测)。云服务器3通过互联网与两个雷达进行数据通信，实时接收两个雷达上传的数据，或向两个雷达发送控制指令以保证两个雷达同步工作。本实施例既可只利用任意一个雷达(如发生遮挡或出现死角时)测得的距离信息进行跌倒检测，也可以同时利用两个雷达(信号皆正常
时)测得的距离信息进行跌倒检测。本实施例进行跌倒检测的技术原理是：人员正常行走、活动或静止(非跌倒状态)时，人员在竖直方向的位移几乎为0，在水平方向的位移近似均匀变化；发生跌倒时，人员在水平和竖直方向的位移均突然变大、变快(人员高度下降)，如图3所示。因此可基于人员的位移和速度进行跌倒检测。另外，人员跌倒时雷达反射面积也有明显变化，如图3所示，第一雷达1的反射面积增大，第二雷达2的反射面积减小，雷达反射面积的增大和减小导致回波信号幅度的增强与减弱。因此也可基于回波信号幅度的变化进行跌倒检测。
[0066]
手机终端4，一般属于医务人员或被监测人员的监护人(亲属)，主要用于通过接收云服务器3发送的数据，实时显示被监测人员的活动情况，当人员发生跌倒时接收云服务器3发送的报警信号。
[0067]
作为一可选实施例，第一雷达1和第二雷达2进行目标检测与定位的方法包括：
[0068]
基于相邻两个脉冲周期回波信号的差进行信号积累，公式如下：
[0069][0070]
式中，y(t
2i
)、y(t
2i-1
)为相邻两个脉冲周期的回波信号幅度，t
2i
＝t
2i-1
+t，t为脉冲调制信号的周期，i＝1,2,
…
,n，n为进行信号积累的周期数量，y为信号积累的幅值；
[0071]
若y》y0，则检测到目标，其中，y0为目标检测门限电平；
[0072]
第一雷达1或第二雷达2与目标的距离为：
[0073]
r＝ct/2
[0074]
式中，r为第一雷达1或第二雷达2与目标的距离，c为光速，t为回波信号相对发射信号的滞后时间。
[0075]
本实施例给出了两个雷达进行目标检测与定位的一种技术方案。由于雷达是基于目标反射回来的回波信号进行检测，而雷达发射的电磁波照射到地面和墙壁上后会产生很强的回波信号，此类回波信号称为固定地物杂波信号，其强度明显高于监测区域人员的回波信号强度，也就是说人员的回波信号会被淹没在固定地物杂波信号中，给目标检测带来很大困难。为此，本实施例利用运动目标(人员)回波与固定目标回波(地物杂波)的区别，即每个脉冲周期运动目标回波的信号幅度都不同、而固定目标回波的信号幅度都相同，对相邻两个脉冲周期的回波信号求差y(t
2i
)-y(t
2i-1
)，消除固定目标回波，保留运动目标回波的差异。为了提高运动目标回波的强度，对求得的差信号进行积累得到y，具体见上面的求和公式。然后将积累后的y与设定的检测门限电平y0进行比较，若y》y0，则认为检测到目标。目标定位是指计算目标与雷达之间的距离r，r等于雷达发射的电磁波的往返时间与电磁波的传播速度即光速的积的一半，所述往返时间等于回波脉冲信号相对发射脉冲信号的延迟时间t。
[0076]
值得说明的是，由于目标与雷达距离较近，同一目标(人员)会产生多个回波数据点(多个反射点回波信号)，本实施例测得的距离都是指最小距离。对于第一雷达1是头顶与雷达的距离，第二雷达2在正常情况下不同数据点的距离差别不大，跌倒过程测得的最小距离也是头顶或前额与雷达的距离。如图3所示。
[0077]
作为一可选实施例，所述目标检测门限电平y0为：
[0078][0079]
式中，σ为噪声电平，p
fa
为设定的虚警概率。
[0080]
本实施例给出了确定目标检测门限电平y0的一种技术方案。现有技术一般根据经验或通过实验设定一个固定的门限电平y0。y0的选取非常重要，如图2所示，如果门限设置太高(门限1)，一些弱小目标将被丢失(如目标2)；如果门限设置太低(门限2)，则虚警太多，即很多杂波或噪声信号会被误判为目标。由于噪声和杂波干扰具有不确定性，如果采用固定门限，虚警概率将随噪声和杂波强度的变化而变化。由计算可知，噪声或杂波的平均电平提高一倍，虚警率将增大4个数量级！为此，本实施例动态设定y0，具体见上面的公式，y0的大小随噪声电平σ(白噪声电平)动态变化，可使虚警概率保持设定的p
fa
不变。
[0081]
进一步地，进行人员跌倒检测的方法包括：
[0082]
实时计算第一雷达1和第二雷达2的回波信号幅度y1、y2；
[0083]
若y1大于设定阈值，y2小于设定阈值，则基于第一雷达1获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0084]
若y1小于设定阈值，y2大于设定阈值，则基于第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0085]
若y1、y2均大于设定阈值，则基于第一雷达1和第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测。
[0086]
本实施例给出了人员跌倒检测的三种方式。由于本实施例设置了两个雷达，因此针对不同的应用场景设置了三种不同的工作方式：一种是两个雷达均正常进行目标检测时，即雷达无故障、信号无遮挡或目标不处于两个雷达的死角时，同时利用两个雷达获得的两个相互垂直方向的目标距离进行人员跌倒检测，此种方式检测精度最高；另外两种是其中一个雷达不能正常进行目标检测时，基于另一个雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，虽然检测精度有所下降，但提高了所述系统工作的可靠性，因为如果只设置一个雷达，在这种情况下所述系统将无法进行人员跌倒检测。
[0087]
作为一可选实施例，基于第一雷达1获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0088]
基于第一雷达1获得的目标距离计算设定时间δt内人员在竖直方向的位移δr1，公式如下：
[0089]
δr1＝|r
1b cosα
1b-r
1a cosα
1a
[0090]
式中，r
1a
、r
1b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第一雷达1的距离，α
1a
、α
1b
分别为时间δt两个端点时刻人员与第一雷达1的连线相对竖直方向的偏角；
[0091]
计算人员在竖直方向的移动速度v1＝δr1/δt；
[0092]
计算时间δt内目标回波幅度的增加量δy1；
[0093]
若δr1、v1和δy1均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0094]
本实施例给出了基于第一雷达1获得的目标距离进行人员跌倒检测的一种技术方案。如前述，第一雷达1安装在监测区域的上方，向下发射电磁波束，如图3所示，因此可通过第一雷达1测得的设定时间δt两个端点时刻的距离r
1a
、r
1b
的差近似计算人员在竖直方向的位移。由于人员不一定每个时刻都正好位于第一雷达1的正下方，因此，为了提高测量精
度，本实施例通过计算r
1a
、r
1b
在竖直方向投影(r
1a
×
cosα
1a
，r
1b
×
cosα
1b
)的差准确计算人员在竖直方向的位移δr1，并在此基础上计算人员在竖直方向的移动速度v1＝δr1/δt。人员正常行走或站立时，δr1近似为0，而跌倒时δr1有一个较大的值(近似身高)，一般情况下根据δr1的大小即可对人员跌倒进行检测。但是为了区别人员坐下或蹲下时也会产生较大的δr1，本实施例又加入了对向下位移速度v1的考量，即坐下或蹲下时v1较小而跌倒时v1较大。考虑到有时坐下或蹲下与跌倒时的v1的区别也不明显，为了进一步提高跌倒检测精度，本实施例对又加入了回波信号幅度的考量，其原理是：坐下或蹲下身体在竖起方向运动，雷达反射面积变化不大，回波信号幅度基本不变；而跌倒时身体会前倾或后仰，雷达反射面积明显增大，回波信号幅度明显增强，如图3所示。因此，第一雷达1是基于δr1、v1和δy1三个维度的信息进行人员跌倒检测。
[0095]
作为一可选实施例，按下式计算cosα
1a
：
[0096]
cosα
1a
＝h/r
1a
[0097]
式中，h为人员正常行走或站立时第一雷达1与人员头顶的竖直距离，可通过求解下面的方程得到：
[0098][0099]
式中，r
1a
、r
1b
和r
2a
、r
2b
分别为人员正常行走时任意两个时刻第一雷达1和第二雷达2测得的距离值；
[0100]
h也可以取历史数据中第一雷达1与人员距离r1的最小值，即h＝min{r1}。
[0101]
本实施例给出了第一雷达1测得的(斜)距离向竖直方向投影时的余弦的计算方法。根据图4所示的几何关系可得到：cosα
1a
＝h/r
1a
。其中，h为人员正常行走或站立时第一雷达1与人员头顶的竖直距离，对于同一个人员来说是h为一固定常数，等于第一雷达1与地面的距离减去身高。因此，如果被监测人员只有一个人，则h是已知的，可看作是一已知常数。根据图4，h是人员头顶与雷达的最小距离，因此，可通过利用r1的历史数据求最小值min{r1}得到h。根据图4的几何关系，还可得到上面的方程。由于所述方程只包含一个未知数h，因此通过求解所述方程也可得到h。
[0102]
作为一可选实施例，基于第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0103]
基于第二雷达2获得的目标距离计算设定时间δt内人员在水平方向的位移δr2，公式如下：
[0104]
δr2＝|r
2b-r
2a
[0105]
式中，r
2a
、r
2b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第二雷达2的距离；
[0106]
计算人员在水平方向的移动速度v2＝δr2/δt；
[0107]
计算时间δt内目标回波幅度的减小量δy2；
[0108]
若δr2、v2和δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0109]
本实施例给出了基于第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测的一种技术方案。本实施例与前面基于第一雷达1的实施例的技术方案基本相同，所不同的是：水平方向位移的计算更简单；人员跌倒过程目标回波幅度减小。
[0110]
作为一可选实施例，基于第一雷达1和第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检
测的方法包括：
[0111]
若δr1、v1和δr2、v2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0112]
本实施例给出了基于两个雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的一种技术方案。本实施例通过将第一雷达1的δr1、v1和第二雷达2的δr2、v2分别与设定的阈值比较，如果均超过设定的阈值，则认为发生人员跌倒。由于是同时利用两个雷达获得的信息进行人员跌倒检测，即使没有利用回波幅度的变化量，其检测精度仍然高于基于任意一个雷达的三维信息(如δr1、v1、δy1)进行检测的精度。
[0113]
作为一可选实施例，基于第一雷达1和第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：
[0114]
若δr1、v1、δy1和δr2、v2、δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。
[0115]
本实施例给出了基于两个雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的另一种技术方案。与上一实施例不同的是，本实施例同时利用两个雷达的三维信息(δr1、v1、δy1和δr2、v2、δy2)进行人员跌倒检测，精度又得到了进一步提高。值得说明的是，并不是利用信息的维数越多越有利，因为限制条件多了别晚在可使被判为跌倒的错误率下降，即虚警概率降低了；但也使本来是跌倒却未被判为跌倒的次数多了，即漏警概率增加了。因此，本实施例与上一实施例的技术方案相比各有优劣。
[0116]
图5为本发明实施例一种应用所述系统进行人员跌倒检测的方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
[0117]
步骤101，实时获取第一雷达1和第二雷达2获得的目标距离；
[0118]
步骤102，基于第一雷达1和/或第二雷达2获得的目标距离进行人员跌倒检测；
[0119]
步骤103，当检测出人员跌倒时，向所述手机终端4发送报警信息。
[0120]
本实施例的方法，与图1所示系统实施例的技术方案相比，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0121]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，包括：安装在监测区域上方建筑物上向下发射电磁波束的第一雷达，安装在监测区域一侧建筑物上向水平方向发射电磁波束的第二雷达，与第一雷达和第二雷达连接的云服务器，与云服务器连接的手机终端；第一雷达和第二雷达均为脉冲调制毫米波雷达，用于目标检测与定位；云服务器用于基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，当检测出人员跌倒时向所述手机终端发送报警信息。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，第一雷达和第二雷达进行目标检测与定位的方法包括：基于相邻两个脉冲周期回波信号的差进行信号积累，公式如下：式中，y(t2i)、y(t2i-1)为相邻两个脉冲周期的回波信号幅度，t
2i
＝t
2i-1
+t，t为脉冲调制信号的周期，i＝1,2,
…
,n，n为进行信号积累的周期数量，y为信号积累的幅值；若y>y0，则检测到目标，其中，y0为目标检测门限电平；第一雷达或第二雷达与目标的距离为：r＝ct/2式中，r为第一雷达或第二雷达与目标的距离，c为光速，t为回波信号相对发射信号的滞后时间。3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，所述目标检测门限电平y0为：式中，σ为噪声电平，p
fa
为设定的虚警概率。4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，进行人员跌倒检测的方法包括：实时计算第一雷达和第二雷达的回波信号幅度y1、y2；若y1大于设定阈值，y2小于设定阈值，则基于第一雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；若y1小于设定阈值，y2大于设定阈值，则基于第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；若y1、y2均大于设定阈值，则基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测。5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，基于第一雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：基于第一雷达获得的目标距离计算设定时间δt内人员在竖直方向的位移δr1，公式如下：δr1＝|r
1b cosα
1b-r
1a cosα
1a
|式中，r
1a
、r
1b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第一雷达的距离，α
1a
、α
1b
分别为时
间δt两个端点时刻人员与第一雷达的连线相对竖直方向的偏角；计算人员在竖直方向的移动速度v1＝δr1/δt；计算时间δt内目标回波幅度的增加量δy1；若δr1、v1和δy1均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，按下式计算cosα
1a
：cosα
1a
＝h/r
1a
式中，h为人员正常行走或站立时第一雷达与人员头顶的竖直距离，可通过求解下面的方程得到：式中，r
1a
、r
1b
和r
2a
、r
2b
分别为人员正常行走时任意两个时刻第一雷达和第二雷达测得的距离值；h也可以取历史数据中第一雷达与人员距离r1的最小值，即h＝min{r1}。7.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，基于第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：基于第二雷达获得的目标距离计算设定时间δt内人员在水平方向的位移δr2，公式如下：δr2＝|r
2b-r
2a
|式中，r
2a
、r
2b
分别为时间δt两个端点时刻人员相对第二雷达的距离；计算人员在水平方向的移动速度v2＝δr2/δt；计算时间δt内目标回波幅度的减小量δy2；若δr2、v2和δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：若δr1、v1和δr2、v2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。9.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统，其特征在于，基于第一雷达和第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测的方法包括：若δr1、v1、δy1和δr2、v2、δy2均大于设定的阈值，则认为发生人员跌倒。10.一种应用权利要求1所述系统进行人员跌倒检测的方法，包括以下步骤：实时获取第一雷达和第二雷达获得的目标距离；基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测；当检测出人员跌倒时，向所述手机终端发送报警信息。

技术总结
本发明提供一种基于毫米波雷达的人员跌倒检测系统及方法。所述系统包括：安装在监测区域上方建筑物上向下发射电磁波束的第一雷达，安装在监测区域一侧建筑物上向水平方向发射电磁波束的第二雷达，与第一雷达和第二雷达连接的云服务器，与云服务器连接的手机终端；第一雷达和第二雷达均为脉冲调制毫米波雷达，用于目标检测与定位；云服务器用于基于第一雷达和/或第二雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，当检测出人员跌倒时向所述手机终端发送报警信息。本发明通过设置分别在竖直方向和水平方向扫描的脉冲调制毫米波雷达，并基于两个雷达获得的目标距离进行人员跌倒检测，具有解算方法简单、检测精度高等优点。检测精度高等优点。检测精度高等优点。


技术研发人员：李楠 张毅
受保护的技术使用者：栩讷科技（武汉）有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/6