技术领域
本发明涉及远程监测。更具体地，本发明涉及用于对人类和动物的活动进行非接触式监测的系统和方法。
背景技术
使用远程非梗阻性感测来记录人类活动具有许多应用，诸如监测濒危群体(包括老人和儿童)，以及同样在工作中、培训期间或出于安全目的而监测日常活动。典型的相机可以提供基本的监测方案，然而隐私考虑限制这种用途并且因此防止相机在各种情景中执行所需的活动监测。
为了进行全面的监测，必须收集关于客体的若干参数。具体地，收集活动参数(例如，运动)和少量的主要生物医学指标(例如，呼吸速率/心率以及还有其变化)。有时音频指示器也可以提供有用的信息。从此类参数中提取的信息应当涵盖活动模式(诸如方位、速度、加速度)，有时允许确定不同身体部位的运动，并且同时确定呼气和心脏活动以及音频特征标记(针对身体声音、遇险等)。
多年来，本领域中已经指示使用微波反射计(例如，多普勒雷达)来检测人体运动。通常，雷达是一种使用电磁波来确定客体的范围、高度、方向或速度的客体检测系统。
例如，可以从对胸壁运动的监测中提取呼气速率(也可以在限制条件下监测心率)。但是，可以预见的是，即使在完全无害的辐射下，大多数人也可能拒绝加入持续暴露于射频波的环境。
附加地，在空气中使用基于超音的声纳已经被示为允许跟踪人的物理方位和速度。通常，声纳是一种使用声波传播(通常在水下)来进行导航或检测水面上或水面下方的客体(诸如其他船只)的技术。
尽管基于已知实践使用装置进行了许多尝试以实现用于人类护理的全面远程监测的商业方案，但是不太成功，特别是在不受控制的环境中(类似于正常的家庭/办公室环境)以及具体地在需要高性价比方案时尤其如此。
因此有利的是，具有一种能够在“嘈杂”环境中对活动模式和医学指标进行可靠、持续的远程监测的监测系统，使得客体隐私不会受到损害并且不用暴露于有害的辐射。
除非另外定义，否则本文中所用的所有技术和科学术语所具有的含义都与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同。尽管在实践或测试本发明时可以使用与本文所述的那些方法和资料类似或等效的方法和资料，但以下描述了合适的方法和资料。在起冲突的情况下，以包括定义的专利说明书为准。此外，资料、方法和示例仅具有说明性而非意图具有限制性。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于远程监测预定义空间中的至少一个客体的系统，该系统包括：声纳模块和雷达模块，其相互耦连以便同时获取有关至少一个客体的数据；至少一个处理子系统，其被配置成执行以下中的至少一项：控制声纳模块和雷达模块；处理数据；与外部装置通信信息和指令。
在一些示例性实施例中，至少一个客体选自包括以下项目的组：无生命物体；人类；以及动物。
在一些示例性实施例中，预定义空间选自包括以下项目的组：室内空间；以及包括相邻室外空间的室内空间。
在一些示例性实施例中，通过监测从至少一个客体反射回来的信号来实现同时获取有关至少一个客体的数据，其中从至少一个客体反射回来的信号由投射到预定义空间的超声波和电磁微波引起，并且其中分别从声纳模块和雷达模块投射超声波和电磁微波。
在一些示例性实施例中，该系统还包括至少一个附加传感器，并且其中附加传感器包括：至少一个差别读取器；至少一个光学检测器；以及至少一个音频传感器。
在一些示例性实施例中，至少一个RFID标签被附连到至少一个客体，其中嵌入至少一个RFID标签中的每个RFID标签中的识别值是唯一的，并且其中系统利用至少一个RFID标签以在客体中的至少两个客体之间进行区分。
在一些示例性实施例中，至少一个差别读取器被配置成传送询问射频(RF)信号并且从至少一个RFID标签接收RF认证回复，由此RF认证回复识别至少一个客体。
在一些示例性实施例中，至少一个光学检测器被配置成捕获预定义空间中的至少一个客体的图像，并且其中图像选自包括以下项目的组：视频图像；静止图像；以及其组合。
在一些示例性实施例中，系统还包括能够检测来自客体的音频信号的至少一个音频传感器，其中系统被配置成分析音频信号以便辅助至少一个处理子系统来确定至少一个客体方位。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括控制器，其中控制器被配置成操作声纳模块；雷达模块；以及至少一个附加传感器；其中控制器进一步被配置成从以下项目获取数据：声纳模块；雷达模块；以及至少一个附加传感器。
在一些示例性实施例中，该系统还包括至少一个引导模块，其中至少一个引导模块中的每个引导模块与选自包括以下项目的组中的至少一个传感器机械地耦连：声纳模块；雷达模块；以及至少一个光学检测器；并且其中至少一个引导模块由控制器操作。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括处理器，其中处理器被配置成监督控制器并且将控制器获取的数据处理成信息。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括通信单元，其中通信单元被配置成将信息传送到外部装置并且从外部装置获得指令，并且其中通信单元进一步配置成与互联网进行通信。
在一些示例性实施例中，外部装置是控制台，其中控制台被配置成向用户显示信息，并且其中控制台进一步被配置成从用户获得指令。
在一些示例性实施例中，该系统还包括SONDAR(声达)服务器，其中SONDAR服务器能够集成多个系统以便远程监测预定义空间中的至少一个客体，其中与外部装置通信信息和指令还包括经由SONDAR服务器通过互联网与外部装置进行通信。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统进一步被配置成初始化专用于校准以下装置的自动校准例程：声纳模块；雷达模块；以及至少一个附加传感器，并且其中自动校准例程还包括映射预定义空间中的客体。
在一些示例性实施例中，利用系统来检测预定义空间中的至少一个客体的方位，其中方位选自包括以下项目的组：运动模式；移动跟踪；突然的位置改变。
在一些示例性实施例中，利用系统来检测预定义空间中的至少一个客体的生命体征，其中生命体征选自包括以下项目的组：生物医学信号；呼气速率(breathing rate)的急剧下降；心率；以及呼吸速率(respiratory rate)。
在一些示例性实施例中，信息包括元素，其中元素选自包括以下项目的组：警报；生命体征信息；生物医学信号；呼气速率的急剧下降；心率；呼吸速率；运动模式；移动跟踪；突然的位置改变和方位；其中信息还包括每个元素的一组预定义属性；其中事件指示元素与其一组属性之间的冲突；并且其中冲突触发警报。
在一些示例性实施例中，该系统还包括至少一个脉冲式声纳监测模块(PSMM)，其中PSMM采用短超声脉冲方法，以用于准确地跟踪预定义空间中的至少一个客体的方位。
根据本发明的另一个方面，一种用于近处监测至少一个客体的系统，该系统包括：同时获取数据的非接触式传感器阵列，其中数据包括至少一个客体的生命体征和位置；至少一个处理子系统，其被配置成执行以下操作中的至少一项：控制阵列；处理数据；与外部装置通信信息和指令。
在一些示例性实施例中，至少一个客体选自包括以下项目的组：无生命物体；人类；以及动物。
在一些示例性实施例中，通过测量与至少一个客体相关联的物理现象来实现同时获取有关至少一个客体的数据。
在一些示例性实施例中，阵列嵌入可穿戴物品中，并且其中可穿戴物品与至少一个客体的预定区域相邻。
在一些示例性实施例中，阵列包括以下项目中的至少一个：至少一个非接触式电场传感器，其能够测量至少一个非接触式电场传感器与至少一个客体的预定区域之间的电容，其中电容指示生命体征改变；至少一个非接触式磁场传感器，其能够测量指示至少一个客体的预定区域附近的流体量改变的电流；至少一个非接触式运动传感器，其能够检测至少一个客体的位置和运动，其中运动传感器是选自包括以下项目的组的微机械换能器：加速度计、磁力计、陀螺仪、高度计、以及其组合；至少一个非接触式声学传感器，其被配置成作为听诊器，其中至少一个非接触式声学传感器是超灵敏膜式麦克风；以及其中阵列中的每个传感器与专用前端电子装置(FEE)集成；其中每个FEE被配置成对表示每个传感器的测量值的电信号进行整形、采样和保持。
在一些示例性实施例中，阵列还包括控制器，其中控制器被配置成：控制阵列的传感器；从传感器获取数据；将数据传送到至少一个处理子系统；以及从至少一个处理子系统接收指令。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括处理器，其中处理器被配置成监督控制器并且将由控制器获取的数据处理成信息。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括至少一个通信单元(CU)，其中至少一个CU被配置成：将指令传送到控制器；从控制器接收数据；从外部装置接收指令；将信息传送到外部装置；以及与互联网进行通信。
在一些示例性实施例中，该系统还包括至少一个RFID标签，其中至少一个RFID标签被附连到至少一个客体，其中嵌入至少一个RFID标签中的每个RFID标签中的识别值是唯一的，其中系统利用至少一个RFID标签以在客体中的至少两个客体之间进行区分，并且其中至少一个RFID标签与用于手动指示警报的应急按钮耦连。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统还包括至少一个RFID询问器，RFID询问器被配置成传送询问射频(RF)信号并且从至少一个RFID标签接收RF认证回复，并且其中包括至少一个客体识别和警报指示的回复被附连到信息。
在一些示例性实施例中，该系统还包括至少一个全球定位卫星(GPS)模块，其中GPS模块能够确定至少一个客体的方位，并且其中GPS模块将方位的描述附连到信息。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统进一步被配置成初始化专用于校准阵列的传感器的自动校准例程；并且其中自动校准例程包括利用GPS以便跟踪至少一个客体的方位。
在一些示例性实施例中，至少一个客体携带至少一个处理子系统。
在一些示例性实施例中，至少一个客体的位置选自包括以下项目的组：运动模式；移动跟踪；突然的位置改变，并且其中位置描述被附连到信息。
在一些示例性实施例中，至少一个客体的生命体征选自包括以下项目的组：生物医学信号；呼气速率的急剧下降；心率；以及呼吸速率；并且其中生命体征描述被附连到信息。
在一些示例性实施例中，至少一个处理子系统包括适合于至少一个客体的属性；其中事件指示信息与属性之间的冲突；并且其中冲突自动触发警报。
在一些示例性实施例中，该系统还包括能量采集模块，该能量采集模块被配置成将来自外部能量源的能量转换成电能，其中外部能量源选自包括以下项目的组：太阳能；热能；风能；动能；以及其组合；其中电能被存储在电力存储装置中，并且其中系统在自供电监测模式中利用电力存储装置。
在一些示例性实施例中，外部装置是控制台，其中控制台被配置成向用户显示信息，并且其中控制台进一步被配置成从用户获得指令。
在一些示例性实施例中，该系统还包括SONDAR服务器，其中SONDAR服务器能够集成多个系统以用于远程监测预定义空间中的至少一个客体，其中与外部装置通信信息和指令还包括经由SONDAR服务器通过互联网与外部装置进行通信。
根据本发明的又一个方面，一种监测系统，其包括：至少一个远程系统，其中至少一个远程系统中的每个远程系统监测预定义空间中的至少一个客体；至少一个近处系统，其中至少一个近处系统中的每个近处系统监测至少一个客体；SONDAR服务器；以及至少一个控制台。
在一些示例性实施例中，SONDAR服务器包括多个处理装置和数据储存库，其中SONDAR被配置成：与至少一个远程系统、至少一个近处系统和至少一个控制台通信信息；执行由至少一个远程系统和至少一个近处系统所需的计算；将至少一个客体的信息保持在数据储存库中。
在一些示例性实施例中，SONDAR服务器能够：在至少一个远程系统中的远程系统与至少一个近处系统中的近处系统之间同步化，以便同时监测至少一个客体中的一个客体，以及将来自至少一个远程系统中的远程系统的监测转换到至少一个近处系统中的近处系统，并且反之亦然。
在一些示例性实施例中，至少一个控制台被配置成向至少一个用户显示信息，并且其中至少一个控制台进一步被配置成从至少一个用户获得指令。
根据本发明的又一个方面，一种用于通过声纳模块和雷达模块来远程监测至少一个客体的方法，该方法包括：选择预定义空间以供用户利用控制台进行监测；确定对警报进行分类的一组事件；以及监测至少一个客体。
在一些示例性实施例中，选择预定义空间包括：初始化用于校准声纳模块和雷达模块的自动校准例程；映射预定义空间中的客体；以及选择至少一个客体以进行监测。
在一些示例性实施例中，监测包括通过声纳模块和雷达模块同时获取有关至少一个客体的数据，并且其中周期性地进行监测，直到检测到一组事件中的事件。
在一些示例性实施例中，监测还包括在已经检测到一组事件中的事件时向用户发送警报。
在一些示例性实施例中，方法使得用户能够修改对警报进行分类的一组事件。
在一些示例性实施例中，监测还包括通过声纳模块获取有关至少一个客体的数据，并且其中周期性地进行监测，直到检测到修改的一组事件中的事件。
在一些示例性实施例中，监测还包括如果检测到修改的一组事件中的事件，则触发雷达模块监测持续预定时间段，并且其中如果雷达在预定时间段内已经检测到修改的一组事件中的事件，则向用户发送警报。
附图说明
仅通过举例的方式并参考附图在本文中描述实施例。现在要特别详细地参照附图，应强调的是，所示的细节仅是作为举例并且出于说明性讨论优选实施例的目的，并且所述细节是以提供实施例的原理和概念方面的最适用和最易理解的描述为理由而存在。有鉴于此，不应试图使结构细节的展示程度超过对基本理解所必需的程度，而结合附图的描述会使得本领域的技术人员明白若干形式可如何在实践中体现。
在附图中：
图1示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的SONDAR监测系统；
图2示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的近处监测系统；以及
图3示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的用于远程监测客体的方法的流程图；以及
图4示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的基本SONDAR监测系统。
具体实施方式
在详细解释至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明的应用并不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的构造细节和布置细节。本发明能够具有其他实施例或能够以各种方式实践或执行。此外，应理解本文中采用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应视为具有限制性。在讨论下文中描述的各种附图时，相同的数字指代相同的部分。附图一般未按比例绘制。
为了清楚起见，在一些附图中省略了非必要元素。
现在参照图1，其示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的SONDAR监测系统(SONDAR)100。箭头的方向指示信息流的方向。
SONDAR 100包括声纳模块120和雷达模块140，该两者都由控制器156和处理器157控制，由此SONDAR 100能够远程监测空间180。
应当指出的是，在该公开的主题中，空间180是具有预定义周边的空间，主要是可以包括相邻室外场地的室内空间。在一些示例性实施例中，空间180可以是住宅、病房、办公室、别墅、其组合、或类似物。
应当理解的是，受监测的空间180可以包括要被远程监测的至少一个客体110，由此这类客体可以是无生命物体或者可替代地是移动的有生命客体(例如人类和/或动物)。
在一些实施例中，附加模块也可以由具有兼容软件的控制器156和处理器157控制，使得其他技术也可以用于预定义空间180的远程监测。
声纳模块120可以使用超声波123并且雷达模块140可以使用微波145以便监测空间180。可选地，在监测相同的空间180时，声纳模块120和雷达模块140两者可以同时操作。控制器156可以同时累积来自互补的声纳模块120和雷达模块140的信息，使得可以实现针对空间180内的活动的增强监测。具体地，所监测的活动可以包括以下项目中的至少一个：
·收集客体运动的模式。
·收集活动和生物医学信号。
·跟踪客体的移动。
·识别跌倒情况。
SONDAR 100的处理器157还连接到通信单元(CU)159，其中箭头的方向指示信息流的方向。
在一些示例性实施例中，CU 159可以是用于将信息收发到至少一个控制台(CC)300的中继器。CC 300可以是被配置成向预定义人员提供用户接口的计算机化工作站，所述用户接口用于获得由SONDAR 100检测的涉及一个或多个受监测对象的信息。所述信息可以包括：文本消息、可视化观察、声音/语音、对象的测试结果、生命体征测量报告、警报事件、对象的移动、其组合、或类似物。在一些示例性实施例中，预定义人员可以使用CC 300以便与一个或多个受监测对象进行可听或字母数字通信。附加地或可替代地，预定义人员可以利用CC 300以便执行附图中描绘的方法，诸如对SONDAR 100执行校准序列。
在一些示例性实施例中，CU 159和CC 300可以通过互联网或通过局域网(未示出)经由SONDAR服务器333来进行通信。在一些示例性实施例中，SONDAR服务器333可以包括多个处理装置、服务和数据储存库。SONDAR服务器333可以部署在本地(例如，医院、疗养院等)，或部署在可以包括一批远程处理装置和服务(诸如AWS云计算平台)的远程位置中。附加地或可替代地，SONDAR服务器333可以用于执行SONDAR 100或其任何子部件所需的计算。
可以利用声纳模块120的超声波123，以便通过发送预定义的超音脉冲、以及然后测量从空间180反射回来的信号序列的到达时间来检测空间180内的至少一个客体110的方位以及运动模式。这种测量在最初映射空间180中的所有客体以及跟踪其移动中可以是特别有用的，使得如果SONDAR 100已经检测到预定义事件(例如，突然缺少移动)，则可以经由CU 159向CC 300发送警报。例如，监测系统可以映射其中人站在桌子和三把椅子附近的起居室，使得如果系统检测到人已经被椅子绊倒并跌倒，则对人相对于桌子和椅子的位置的移动进行跟踪可能导致警报。
可以利用雷达模块140的微波145，以便测量从客体返回的信号的干涉(例如与本地振荡器相比进行测量)，使得可以实现对较小移动的监测。特别地，可以通过测量从客体110的胸部返回的信号来启用对心率和/或呼吸速率的检测。这种测量在初始映射空间180中的所有客体以及跟踪其生物机械特征标记中可以是特别有用的，使得如果SONDAR 100已经检测到预定义事件(例如，呼气速率急剧下降)，则可以经由CU 159向CC 300发送警报。
应当理解的是，仅使用声纳模块120或雷达模块140不能提供可通过组合系统实现的增强的监测。具体地，声纳模块120可以用于定位人(移动的目标客体、和/或添加在背景上的客体)的位置，以便分析客体的活动并且可能产生警报(例如，针对潜在的障碍、或者跌倒的识别)。高精度雷达模块140可以周期性地(例如，以预定时间段)并对应于来自声纳模块120的指示进行操作。
在一些实施例中，由于雷达模块140的微波145能够穿透障碍物(与超声波123相反)，因此如果声纳模块120的路径被阻挡，则雷达模块140可以用作备用检测装置，使得SONDAR 100保持接收监测信息(例如，通过雷达模块140来跟踪对象110的移动)。
声纳模块120的超声波123优选在40-200KHz的频率范围内。声纳模块120可以朝向空间180发送超声波123，以便监测从感兴趣空间180内的至少一个客体110反射回来的信号。类似地，雷达模块140的电磁微波145优选在0.5-60GHz的频率范围内。雷达模块140可以朝向空间180发送微波145，以便监测从感兴趣空间180(例如，卧室、院子等)内的至少一个客体110反射回来的信号。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，SONDAR 100可以包括雷达和声纳引导选项。雷达引导模块144是可移动单元并且可以耦连到雷达模块140，并且也被控制单元156控制。因此，可以通过雷达引导模块144来操纵雷达模块140的定位，以便将微波波束指引向所选择的空间180中的感兴趣点。例如，由声纳模块120检测的紧急情况可以指示对象110已经跌倒并且躺在房间180的左侧上。然后，控制单元156可以操纵雷达引导模块144以向左移动数厘米，以便将微波波束聚焦到受监测对象110的准确方位上。可以通过各种方式(例如，机械、电子等)来操作这种引导模块144。
应当理解的是，雷达模块的引导可以具有以下有利特征中的至少一个：
·现在可以将雷达模块的微波波束与受监测目标精确对准，并且因此使用具有相当低功率的微波(因为需要监测较小的面积)。
·改善信噪比，即从受监测目标返回的信号与受监测空间中的不同移动引起的其他信号相比。
·引导雷达模块以监测包含若干人的空间中的具体对象的生物参数。
附加地，多普勒声纳引导模块122是可移动单元并且可以耦连到声纳模块120，并且也被控制单元156控制。因此，可以通过声纳引导模块122来操纵声纳模块120的定位，以便将超声波指引向所选择的空间180中的感兴趣点。应当指出的是，多普勒声纳引导模块122可以是声纳模块120的嵌入式元件，或者可替代地是分离模块。
多普勒声纳引导模块122可以提供对受监测对象体内不同器官的速度模式的连续跟踪，此类模式可以是许多上述特征的重要指示符。例如，由声纳模块120检测的紧急情况可以指示对象110已经跌倒并且躺在房间180的右侧上。控制单元156可以然后操纵声纳引导模块122的声纳换能器以向右移动数厘米，以便将声纳模块120的超声波聚焦到受监测对象110的准确方位上。可以通过各种方式(例如，机械、电子等)来操作这种声纳引导模块122。在另一个示例中，由声纳模块120检测的紧急情况(诸如心脏的危险移动和/或若干器官的组合检测)可以指示对象110可能马上跌倒，使得可以向对象110提供警报并且从而防止跌倒。应当指出的是，(不同器官的)相对速度的长期改变可以有助于确定对象110的健康状况改善的恶化。
应当理解的是，通过来自雷达模块的互补信息来引导声纳模块可以减少由雷达模块测量并由器官总运动引起的错误信号，使得可以准确地提取灵敏的呼气和心跳信号。
在一些实施例中，SONDAR 100还包括能够检测来自受监测对象的微小音频信号的可移动音频传感器(未示出)。任选地，可移动音频传感器也可以由系统的控制器控制。所测量的音频信号可以用于分析活动并且识别预定模式(诸如应力或跌倒)。所测量的音频信号也可以用于受监测对象与远程站之间的准确远程双工交互。
应当理解的是，对受监测对象跌倒的检测可以是特别重要的特征，例如用于老人、儿童、残疾人、其组合、或类似物的家庭护理。对跌倒发生的识别需要：检测到向下的高加速度或速度，伴随身体器官机动的剧烈改变，然后是部分或完全的不能移动，以及生命体征模式的可能的交变。通过声纳模块和雷达模块实现的互补监测允许跟踪肢体移动的复杂特征标记、以及可能为潜在跌倒提供良好指示的大体质心动态特性。由于SONDAR 100在定位对象朝向(或远离)声纳模块和雷达模块的一般运动中是特别有效的，因此有利的是提供安装在天花板上的这种系统，使得可以优化跌倒识别。
如果SONDAR 100被安装到墙壁上，则系统可以被配置成处于垂直多波瓣发射模式(每个模式处于不同的频率)，使得可以通过在顶节点和底节点(相对于地面)的波束之间创建的信号的时延来跟踪受监测对象的典型垂直运动。任选地，监测系统可以被配置有单个发射器和垂直间隔的带有相敏检测的双向检测器。通过测量时间相关的相位差，可以提取跌倒对象的准确垂直轨迹。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，SONDAR 100的雷达模块140和声纳模块120可以被至少一个脉冲式声纳监测模块(未示出)替代。至少一个脉冲式声纳监测模块(PSMM)能够将超声波传送到为监测而选择的空间180上。至少一个PSMM可以由控制器156控制，所述控制器156进而由处理器157操作。任选地，配备有PSMM能力的SONDAR 100还可以包括能够在期望方向上移动至少一个PSMM的至少一个声纳引导模块(诸如引导模块122)、和/或能够向监测CC 300的人员发送警报的CU 159。
在一些实施例中，至少一个PSMM可以是以空气操作的，类似用于通过测量信号的到达时间来跟踪人的方位的可商购获得的声纳(具有若干厘米的典型准确度)。通常，短超声脉冲(具有约40-200KHz的载波频率)被发射并且从各种客体反射回来，使得脉冲的到达时间与离声纳单元的距离成比例。对于若干米的范围，典型的距离分辨率约为1cm。
至少一个PSMM可以定位在空间180的近处，并且处理器157可以测量主声纳回波和次声纳回波两者以便监测对象110，例如跟踪从墙壁反射的回波。任选地，处理器157可以提取次声纳回波的动态特性，所述动态特性然后可以被转化成人类存在和/或生命体征(包括呼吸速率和心率)的记录。在一些实施例中，至少一个PSMM被定位在空间180的内部。
在封闭空间(例如，在房间中)操作的一些可商购获得的宽波束声纳已用于记录多个目标，同时不可避免的多个次回波(例如，来自目标的非直接而是在撞墙之后到达声纳检测器的信号)被认为是“噪声”(杂乱回波)。这在接收器处产生已记录信号的非常复杂的独特模式，如果要在受监测空间内跟踪具体目标，则所述模式对于常规系统来说通常是有问题的。优选地，空气操作的PSMM(具有脉冲式操作)可以在受监测空间180中被操作，以便产生多个反射信号的此类复杂模式。然后，所记录的复杂模式可以被用作受监测空间180的非常详细的特征标记。附加地，可以采用处理器157来解释该特征标记的任何修改，以便以高灵敏度检测对象110的活动和/或生命体征(与可商购获得的基本声纳分辨率不同)。
应当指出的是，在此类条件下不能直接检测由于(例如，胸壁的)生物活动而引起的较小运动，然而，当声波波束被调制以使得所述波束进一步传播(例如，并且撞击墙壁或家具)并反射回到声纳检测器时，则由于次回波的长路径导致的角度放大可以被转化成信号到达时间的大的调制，从而产生生命体征的可测量特征标记。进入受监测空间180的对象110可以创建附加的超声反射器，其可以被跟踪以便发现对象的位置和移动(作为现有技术中众所周知的程序)。
在一些实施例中，可以通过以更详细的方式修改上述详细模式来识别(对象110的)附加特征标记。应当理解的是，人体不断向周围环境辐射热量，使得即使没有附加的指示(诸如呼气、说话或移动)，在对象110附近区域处的声速通常也会改变。因此，特征标记的结构可以被修改并变得不稳定，即特征标记开始“呼气”，伴随峰值变成谷值等。因此，即使对象不移动，也可以接收存在活体对象110的非常良好的指示。
应当指出的是，在呼气周期期间，由于胸部的移动而发生实质改变，由此发出热空气从而引起周围空气的运动。这些现象可致使对受监测空间180的声纳特征标记的动态修改，其可以被跟踪(例如，使用帧差异和频率分析的处理)以提取呼吸活动和呼气速率。甚至由于心跳引起的非常小的改变也可以被受监测空间180的结构充分放大，以便给出通过呼气和心率模式调制的可记录的次回波。任选地，受监测空间180可以由于距离角倍增而充当系统的必要部分，即非常小信号的灵敏度放大器。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，SONDAR 100可以包括具有基本粗分辨率的光学检测器170，使得所产生的光学信息不足以识别特定的人，并且因此不能产生人器官的详细图片，由此向受监测对象110提供最大的隐私。光学检测器170产生与对象110近似的总体形状(或“斑点”)以与“斑点”移动的跟踪和分析进行比较，以便允许进行监测。光学检测器170可以使用典型的光学技术(例如，标准视频相机)以便将光学波束173传送到所选择的空间180上用于监测，使得对象110的活动可以被监测并且任选地还提供关于肢体机动的信息(例如，对“斑点”的细节进行较高的瞬间信号处理(moment signal processing))。
光学检测器170可以由控制器156控制，控制器156进而由处理器157操作(例如，通过数字信号处理(DSP))。任选地，光学监测系统170还可以包括能够在期望方向上移动光学检测器170的至少一个光学引导模块174、和/或能够向监测CC 300的人员发送警报的CU 159。应当理解的是，由于光学检测器阵列170不采用照相机，因此来自光学阵列的已处理信息未创建最终的“视频”图像(甚至不是本地预处理图像)，并且因此不损害受监测对象的隐私。
在一些实施例中，光学检测器170包括低分辨率光学检测器阵列，其优选在可由普通硅检测器检测的可见光谱范围和/或近红外光谱范围内。对于对象的特征标记、或者关于对象身份的任何识别特征，这种检测器阵列的分辨率不超过例如5×25像素。任选地，检测器阵列可以与至少一个透镜(例如，具有针孔孔径)以及可以向信号处理单元157提供(灰色)数据的读出电路组合以便执行一组大量的监测操作，由此所产生的信息不损害受监测对象110的隐私。应当理解的是，来自光学检测器170的监测信息提供要通过专用跟踪算法处理的低分辨率数据，并且足以使用具有专用的低成本处理器来跟踪存在和/或活动。
在一些实施例中，可以在光学检测器170中采用标准(潜在低分辨率)相机，该标准相机使用具有相机像素的已编码的大面积装仓的硬件，使得来自相机的输出信号可以是非常粗糙(例如，10×10像素)的图像。任选地，在已识别的紧急情况(例如，对象110的跌倒)期间，并且在给定合适的许可下，远程操作员可以停止装仓(binning)操作并产生全分辨率视频图像以用于更好地控制紧急情况。可替代地，在紧急情况被识别时，相机自动停止装仓操作。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，SONDAR 100可以被配置成作为方位监测系统进行操作。在SONDAR 100的这种配置中，上述监测模态中的至少一个：声纳模块120；雷达模块140；光学检测器170；可移动音频传感器；其组合、或类似物；可以被配置为高灵敏度活动传感器(活动传感器)。
活动传感器可以被配置用于监测对象110的活动，其中活动传感器传送大体上狭窄的波束，以便仅充分覆盖对象110的紧邻区域。至少一个活动传感器可以由控制器156控制，所述控制器156进而由中央处理单元157操作。任选地，被配置为活动传感器的至少一个监测模态还可以包括能够在期望方向上移动活动传感器的方位引导模块(例如像引导模块122)。方位引导模块可以是机电模块、电气模块或其他模块，包括镜式检流计、快速转向反射镜、相控阵天线和/或换能器。在一些实施例中，方位引导模块还可以提供对波束宽度覆盖范围(即，宽、窄等)的控制。
在方位监测配置的示例性实施例中，SONDAR 100还包括至少一个标签163，其优选地耦连到受监测空间180内的受监测对象110(例如，可由对象穿戴的)。来自至少一个标签163的信息可以由至少一个差别读取器160检测，差别读取器160也由控制单元156控制。在一些示例性实施例中，至少一个差别读取器160可以被配置成读取至少一个标签163中的多个标签，其中至少一个标签163可以与一个或多个受监测对象(诸如对象110)相关联。在此类实施例中，差别读取器160向SONDAR 100提供可能存在于受监测空间180中的一个或多个受监测对象之间的差别。附加地或可替代地，来自差别读取器160的被转移到控制单元156并由中央处理单元157处理的方位信息(具有二维或三维坐标)可以被进一步转移到至少一个方位引导模块，以便将活动传感器与受监测对象110的确定的方位对齐。应当理解的是，使用这种方位信息以便对齐引导模块也可以用于任何上述实施例。
至少一个标签163可以由受监测对象110携带并且包括以下项目中的至少一个：在受监测空间180中的具有接收器的RF信标(例如，蓝牙接收器)、和/或由远程询问器识别的RFID标签(无源或有源)、和/或具有兼容磁性检测器的磁性标签。附加的选项可包括声纳、雷达、声学定位器、光学定位器等。
通常，受监测空间180的背景充满干扰、杂乱回波和噪声，使得可能难以检索小信号。因此，为了提供高信噪比，有利的是使监测传感器的视野变窄到仅包括受监测对象110的角度范围，其中不需要减小受监测空间180的整体覆盖范围。
在一些实施例中，活动传感器可以通过宽波束来操作，由此覆盖受监测空间180的大部分，使得根据来自控制单元156的命令，该波束可以再次变窄并且被引导以覆盖受监测对象110的方位。任选地，可以仅通过宽波束、或者可替代地通过其他方位检测器来连续检测受监测对象110的方位。
在一些实施例中，活动传感器是声学传感器，并且传送的波束也可以被引导到已检测方位，以便向受监测对象110发送所指引的语音(例如，以便检测来自对象的求救或者可替代地发送指令)。这种特征可以通过接收麦克风的相控阵列来完成，接收麦克风的相控阵列也可以被倒置并用作发射器(即扬声器)。以这种方式，可以保持受监测对象110(可能遇险)与远程监测站之间的有用的高质量对话，同时音频设备可以被远程安装(例如，安装在墙上)。
现在参照图2，其示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的近处监测系统(PM)200的配置。
类似于SONDAR 100，PM 200可以包括要被远程监测的至少一个客体110，由此此类客体可以是无生命客体或者可替代地是移动的有生命客体(例如人类和/或动物)。相反，PM 200不被限于在预定义周边监测对象，并且从而可以被采用为室内监测和室外监测两者。在一些示例性实施例中，PM 200的使用主要适用于户外活动、旅行、对象在校园中的漫游、其组合、或类似物。
在一些示例性实施例中，PM 200可以包括处理器201，处理器201可以是与SONDAR 100的处理器157兼容的和/或可互操作的，而不管形式、配合性和因数。通信单元(CU)202和CU 159也是分别如此。类似于SONDAR 100的处理器和CU，处理器201和CU 202也被配置成执行：传感器控制、数据获取、数据处理、通信、其组合、或类似物。
如本主题中公开的PM 200系统(以下描述)可以基于但不限于：在近处传感器阵列(阵列210)上。在一些示例性实施例中，阵列210可以包括：至少一个电场传感器；至少一个磁场传感器；至少一个运动传感器；至少一个声学传感器；其组合；或类似物。应当指出的是，在一些实施例中，PM 200系统可以在SONDAR服务器333的监督下与上述SONDAR 100进行相互配置。作为一个示例：对佩戴阵列210的对象110离开SONDAR 100周边的监测可以自动地转换到PM 200系统，并且反之亦然。
附加地，SONDAR 100和PM 200都可以通过SONDAR服务器333而同步，以便在相同的给定时间同时监测相同的至少一个客体。可替代地，在SONDAR 100检测到至少一个客体正在离开空间180时，SONDAR服务器333可以向至少一个客体警告要佩戴PM 200系统。控制器215分别经由其专用前端电子装置(FEE)(即电场FEE 211、磁场FEE 212、运动FEE 213和声学FEE 214)来控制以下至少一个传感器中的每一个：电场传感器、磁场传感器、运动传感器和声学传感器。
在一些示例性实施例中，电场传感器可以是近场电换能器，其可基于测量至少一个非接触式电场传感器与至少一个客体的预定区域之间的电容。可以通过传感器和至少一个客体的外皮层的相对距离、以及通过至少一个客体皮下层的介电常数的由于流体体积改变而引起的改变来调制电容。作为一个示例，当传感器被放置为接近胸壁时，呼气速率和心率通过上述两种效应来调制测量的容量值(capacity value)。作为又一个示例，当传感器被放置为接近手部或足部时，呼气速率和心率主要通过血液体积改变来改变容量。应当指出的是，在兆赫兹范围内，FEE电路可以是灵敏的谐振电路，从而产生对所测量的容量改变的高灵敏度。典型地，面积为约1厘米至2厘米的一个电极面向至少一个客体的预定区域的皮肤并相距范围在1毫米至10毫米之间的距离，其中至少一个客体的身体用作另一个电极(“虚接地”)。另一个示例性实施例涉及在面向至少一个客体的预定区域的单个平面上的两个电极，其中预定区域位于电极之间的边缘场中。
在一些示例性实施例中，非接触式磁场传感器能够测量指示至少一个客体的预定区域附近的流体量改变的电流，所述磁场传感器可以被配置成测量由于传感器附近的体液量改变而引起的生命体征。当已知导电的体液暴露于从磁场传感器发射的磁场时，流体感应出创建次级磁场的电流。次级磁场的值指示通过呼气、心跳周期、其组合、或类似物调制的体液量。磁场传感器及其FEE 212可用于次级磁场的这些灵敏测量。在一些示例性实施例中，磁场传感器和其FEE 212可以基于用作收发器的感应器(例如，总面积为1厘米至2厘米的扁平线圈)。典型地，感应器从范围在1毫米至10毫米之间的距离处面向预定区域，其中磁场在兆赫兹范围内操作并且磁性检测电路基于谐振电路或反馈电路环路操作。
在一些示例性实施例中，电磁传感器可以是电场传感器、磁场传感器、其组合、或类似物。
在一些示例性实施例中，非接触式声学传感器被配置成用作听诊器，其中声学传感器是超灵敏膜式麦克风。声学传感器可以是通常具有金属涂覆的薄膜(小于2厘米尺寸)的无源非接触式声学换能器。声学传感器可以定位为与预定区域相距几毫米。可以通过采用谐振电路来增强声学传感器和其FEE214的灵敏度，其中膜是电容器的浮动电极，并且其中固定电极可以是传感器的一部分并且是谐振电路的一部分。由声学振动引起的变化电容可以被测量作为谐振频率改变。谐振频率通常在数百兆赫兹内以便能够灵敏地记录在KHz区段中的身体声音。
运动传感器可以是微机械传感器，诸如加速度计、磁力计、陀螺仪、高度计、其组合、或类似物。在一些示例性实施例中，阵列210可以是集成至少一个电磁传感器、至少一个运动传感器、至少一个声学传感器和至少一个RFID标签(未示出)的一个或多个电子印刷电路板(PCB)。附加地或可替代地，PCB可以包括：电场FEE 211、磁场FEE 212、运动FEE 213和声学FEE 214、控制器215、处理器201、CU 202、其组合、或类似物。在一些示例性实施例中，处理器201、CU 202可以被外部装置(诸如智能手机、平板电脑、或类似物)替代。其中，驻留在PCB上的控制器215还包括经由CU 202与处理器201进行无线通信的能力。
包括阵列210的PCB可以被封装在受监测对象110的胸部附近可穿戴的衣服内。
PM 200系统包括与受监测对象110的胸壁上的预定区域相邻的至少一个电磁传感器。至少一个电磁传感器由相应的电场传感器FEE 211和磁场传感器FEE 212监测，相应的电场传感器FEE 211和磁场传感器FEE 212可以以高准确度测量胸壁的电容和/或电荷，由此电磁传感器不接触受监测客体110的皮肤。
应当理解的是，可商购获得的基于接触的测量使用触摸皮肤的电极(例如，ECG)或光学装置(例如，通过暴露的皮肤发送光)，从而探查血流量以提取心率，并且因此非接触式测量可以提供有利的解决方案，这是因为它们不需要暴露的皮肤区域，不导致皮肤过敏，并且是更鲁棒(robust)的(不会由于失去接触而承受不稳定性)。
电场传感器FEE 211和磁场传感器FEE 212可以由控制器215控制，控制器215进而由处理器201操作。任选地，PM 200还可以包括能够向预定义人员发送警报的通信单元202。电场传感器FEE 211和磁场传感器FEE 212的输出最终由处理单元201处理，以便从阵列210的电磁传感器中提取所需的生物生命体征信号节奏。
PM 200可以定位在受监测对象110的附近(例如，在椅子上、床上、或类似物)，或者可替代地由用户佩戴，其中处理单元201将记录的电荷和/或容量改变转换为呼气速率和/或心率。
在一些实施例中，PM 200的配置具有阵列210的单个电场传感器，并且受监测对象110可以用作配对的浮动电极(通常是接地电极)。优选地，单个电场传感器的前侧朝向受监测对象110对齐，同时后侧被另一个(通常较大的)金属电极屏蔽，以便减少来自另一侧的不期望的干扰，例如接近受监测对象110的其他人。任选地，当胸壁由于呼气或心跳而正在移动时，电极充电被周期性地调制(与电极和胸壁之间的距离成反比例)。对信号的另一个贡献与介电常数的改变有关，例如，由于跟随心跳的脉冲式血流量引起的介电常数的改变。
在一些实施例中，PM 200具有两个电磁传感器的配置，该两个电磁传感器在相同平面上具有预定面积和电极间距离。这两个电磁传感器(被另一个金属电极屏蔽)在平面中创建了电容器，该电容器支持从一个板延伸到周围“空气”中并终止于第二电极的边缘电场。当胸壁与该边缘场相交时，由于呼气、心跳等引起的任何运动都可以被记录为充电的改变，并且因此被测量。任选地，两个电磁传感器彼此远离地定位；使得受监测对象110可以位于这两个电极之间。
应当理解的是，PM 200允许在衣服上以及甚至在厚外套上佩戴超小型设备(例如，信用卡大小或更小的)并且还测量由于生命体征引起的较小改变。PM 200还使得能够安装系统(例如，在墙上或椅子上)，同时从一定距离处测量生命体征。
在一些示例性实施例中，PM 200包括与受监测对象110的胸壁上(甚至在衣服上)的预定区域相邻的至少一个电磁传感器和至少一个运动传感器。至少两个传感器由相应的电场传感器FEE 211和磁场传感器FEE 212以及运动FEE 213监测，从而测量相同的身体现象(例如，心脏活动或肺活动)，而具有不同的物理响应函数。应当指出的是，至少两个传感器可以以高准确度测量胸壁的特征，由此传感器不接触受监测客体110的皮肤。
至少两个传感器可以由控制器215控制，控制器215进而由处理器201操作。任选地，PM 200还可以包括能够向预定义人员发送警报的CU 202。FEE 211、212和213的同时的输出由处理器201处理，以便从至少两个传感器中提取所需的生物生命体征信号节奏，同时消除与移动、说话等有关的背景噪声。
PM 200的非接触式PCB部分可以被定位成紧密接近受监测对象110，同时处理器可以定位在受监测对象110的附近、或者可替代地由受监测对象110携带，其中处理器将所记录的电荷和/或容量改变转化为呼气速率和/或心率。
在优选实施例中，第一传感器是电磁传感器，并且第二检测器是运动传感器。应当指出的是，电磁传感器和运动传感器都将信息传送到控制器215。运动传感器测量受监测对象110的质心的全局加速度以及胸壁的局部加速度(特别是垂直加速度和上下加速度)。由此，局部加速度还涉及呼气活动和/或心脏活动。类似地，电磁传感器可以跟踪胸壁的相对位置动态特性，其中两个传感器的组合信息可以提供改进的生命体征的提取。由于两种类型的信号(电和运动)都受到声学活动(诸如说话)的高度影响，因此组合信息可以有助于消除这种背景噪声。由于两个传感器正在测量不同的参数(加速度和相对位置)并且声学干扰源具有与生命体征的加速度位置特征标记相比不同的加速度位置特征标记，因此可以将生命体征与背景噪声分离，而这不能仅从单个传感器类型执行。应当理解的是，存在两种类型的测量对于信号源与噪声源之间的区分是至关重要的。
在另一个实施例中，PM 200可以合并选择性地从受监测对象110收集音频信号的麦克风。这种麦克风记录主要与受监测对象110的说话有关。因此，音频信号可以用于移除接收到的信号中的音频干扰，这在连续记录生命体征中是非常重要的。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，PM 200可用于非接触地收听受监测对象110(人体)的内部声音。应当指出的是，与肺、心脏和消化系统运行有关的身体声音对于提取生命体征和附加信息来说是非常重要的。商用医疗听诊器(包括电子听诊器)通常是笨重且昂贵的单元，其并入了大型声学腔体以放大身体产生的较弱声音并且通常需要与皮肤接触。因此，对于非常小(低成本)的可穿戴或携带的监测系统中的用于持续监测的可能部件来说，它们是非常低效的解决方案。使用非接触式声学检测器需要克服以下缺点：声学信号强度的充分减小(非常小的信号从身体传递到空气)、限制声学腔体的平坦度、以及超低噪声放大器的高成本、或者非常昂贵的笨重麦克风。
PM 200可以包括能够执行灵敏电荷测量的至少一个电磁传感器，其与受监测对象110的胸壁上(甚至衣服上)的预定区域相邻。PM 200还可以包括声学传感器，该声学传感器集成可通过声波变形的第一悬挂式换能器(膜状)以及与第一换能器相距较短距离的第二固定换能器。第一换能器以预定距离(例如，在衣服顶部上数毫米)面向受监测对象110的胸部，使得其主要接收来自受监测对象110的声学信号并且不接收来自周围环境的声学信号。应当指出的是，至少两个检测器131、133可以以高准确度测量胸壁的特征，由此检测器不接触受监测客体110的皮肤。
至少一个电磁传感器和至少一个声学传感器可以由控制器215控制，该控制器215进而由处理器201操作。任选地，PM 200还可以包括能够向预定义人员发送警报的CU 202。由处理器201处理至少一个电磁传感器和至少一个声学传感器的同时输出，以便将由于可变形电极的声学振动引起的电荷调制转换成用于进一步处理的有用音频信号。
PM 200的非接触式PCB部分可以被定位成紧密接近受监测对象110，同时处理器可以定位在受监测对象110的附近、或者可替代地由受监测对象110携带。处理器可以被利用，从而将所记录的电荷和/或容量改变转化为呼气速率和/或心率。
应当理解的是，由PM 200执行的非接触地收听人体内部声音的实施例不同于标准麦克风中应用的可商购获得的测量，其必须经过放大并且因此灵敏度受放大器噪声的限制，这对于弱信号来说是不可接受的。然而，可变形电极相对于固定电极的移动相应地修改至少一个电磁传感器中的电荷，这被准确地测量。
应当指出的是，声学传感器的厚度是充分薄的，因为较小的声学诱导的电极移动是一毫米的一小部分。附加地，电荷检测电路在这种情况下(例如，在5个数量级的范围内)是灵敏的和线性的，从而即使在存在较大信号的情况下也能够对非常弱的音频信号进行超灵敏的检测(例如，即使当受监测对象110正在说话时也能够测量心跳)。应当理解的是，这种解决方案是极小的、平坦的、使用低功率、无放大、并且还比常规麦克风灵敏得多，从而在非受控环境下启用非接触式可佩戴身体音频测量。
在一些实施例中，除了非常灵敏的电测量之外，磁场传感器也可以用于心率测量和/或呼气速率测量。所述测量对应于器官(诸如心脏、神经系统、肌肉)中流动的产生小磁场的电流，所述小磁场现在例如用于进行高级大脑监测，该小磁场过于小并且需要主要仪器来进行测量(类似MRI的尺寸)。因此，可以提供产生交变磁场的小且平坦的装置，该交变磁场被扁平线圈传送到对象身体中并且在身体的导电部分中(例如，心脏组织中)产生电流。该次级电流产生其自身的磁场，使用相同的线圈来准确测量该自身的磁场。因此，心跳可以调制次级磁场，以便提取心率测量和/或呼气速率测量等。
在一些示例性实施例中，PM 200系统可以用于室外用途，诸如旅游、娱乐活动、体育活动、或独自执行的任何其他活动。这些活动可能面临由于自身造成的意外(例如，跌倒)或被他人无意或故意打击而引起的紧急情况，该紧急情况可导致严重的伤害(特别是在孤立环境中)，由此邻接的可穿戴PM200系统可以自动发送具有方位和状态信息的提示遇险信号。包括至少一个运动传感器的PM 200系统可以被配置成检测指示跌倒的预定位置改变。PM 200系统还可以包括能够确定受监测对象110的方位的至少一个全球定位卫星(GPS)模块209。任选地，PM 200系统也可以产生可听的警报声以通知紧急情况附近的人或击退攻击者。应当指出的是，PM 200被配置成在紧急情况(例如，用户跌倒)和常规娱乐活动之间进行区分。
在一些实施例中，PM 200系统包括嵌入受监测对象110的可佩带物品(诸如鞋250、手表腕带、衣服、其组合、或类似物)内的电子装置258。附加地或可替代地，受监测对象110可以在口袋中或手提包中携带电子装置258。由于包括阵列210的PCB被封装在受监测对象110的胸部附近的可穿戴的衣服内，因此电子装置258可以包括处理器201和CU 202，其中驻留在PCB上的控制器215还包括经由电子装置258的CU 202与处理器201进行无线通信的能力。应当指出的是，包括在电子装置258中的部件可以利用在低功率微控制器上实现的专用软件。
附加地或可替代地，电子装置258的功能可以被嵌入物品(诸如移动电话、智能手表、智能眼镜、其组合、或类似物)中。电子装置258还可以包括至少一个运动传感器、GPS模块(诸如GPS模块209)、具有GPRS的CU 202、RFID读取器、其组合、或类似物。在检测之后，专用软件可以通过利用在其上实现软件的现有装置的相关元件来启动定位，并且该方位然后可以伴随生命体征信息以及其他监测数据一起传送到预定地址。
在PM 200的一些示例性实施例中，控制和监测阵列210的电子装置258及其FEE可以经由蓝牙与受监测对象110的智能手机进行无线通信。由此，智能手机自动启动与预定远程地址的通信。在另一个实施例中，PM 200系统以低功耗操作，使得受监测对象110的强烈活动可以用于能量采集(包括合并在鞋中的压力模块)和/或加热和移动。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，PM 200的专用软件操作系统可以包括自供电监测模式。自供电监测模式激活PM 200的部件，其能够作为自供电部件(诸如无源RFID标签)操作、被配置为应急按钮并由询问器激活。
典型的可商购获得的应急按钮在紧急情况下由受监测对象110激活，并且可以产生用于通知的信号。此类应急按钮是可穿戴的或静止的，并且需要供电，使得它们在被激活时将信号(例如，无线电信号)发送到本地收发器。然而，这些应急按钮不是很成功，因为它们在大多数情况下是笨重的，需要监测其电池是否仍在工作，并且此外在重要的紧急情况下它们不能被已遇险的用户激活。
在自供电监测模式中，PM 200优选地通过能量采集来接收电力，并且包括简单的电路和电力储存机构。具体地，在自供电监测模式中，PM 200包括能够检测紧急情景的至少一个传感器，由此至少一个传感器可以由控制器215控制，控制器215进而由处理器201操作。传感器可以采用无源RFID电路(即RFID询问器208)，其可以在预定范围内探测RFID装置的存在。任选地，PM 200还可以包括能够向预定义人员发送警报的CU 202。优选地，一旦激活“应急按钮”，即检测到紧急情况，则电路可以产生遇险信号并且通过CU 202传送该遇险信号，直到电源耗尽。
在自供电监测模式的一些示例性实施例中，PM 200的电子装置258还包括能够支持对于激活紧急周期而言绝对必要的部件的能量采集模块。紧急周期可以包括：自动的、对用户透明的；实体(手动)应急按钮；其组合、或类似物。
能量采集模块可以被配置成将来源于外部源的能量(例如，太阳能、热能、风能、动能、其组合、或类似物)转换成电能。在一些示例性实施例中，能量采集模块可以捕获电能并且将该电能存储在电子装置258中，以便执行自供电监测模式的操作。在一些示例性实施例中，至少一个鞋250可以是动能采集鞋。
在一些实施例中，通过发回的调制信息，一些部件可以由输入的RF能量充电。RF能量可以被RFID询问器208检测为警告，并且因此指示紧急事件。应当指出的是，在这种配置中，不需要电力储存并且从而导致尺寸的进一步减小。在一些实施例中，可以在自供电监测模式中采用附加的传感器，包括温度传感器和加速度传感器。此类低功率传感器可以以少量的采集能量操作并且给出关于受监测对象的状态的指示。任选地，可能仅在遇险情况下操作这些附加的传感器，例如在用户激活应急按钮时向RFID询问器208传送信息。
在自供电监测模式的一些实施例中，当至少一个传感器检测到异常时，PM 200可以自动操作。这种特征减轻了不能实际按压应急按钮的用户的频繁情况。任选地，至少一个传感器可以由实体近处开关(例如，电容或光开关)来激活，该实体近处开关在受监测对象110移动肢体以紧密接近传感器时传送信号，由此提高了受监测对象100在不利情况下接收帮助的机会。
现在参考图3，其示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的用于远程监测客体的方法的流程图。
在步骤331中，可以选择(图1的)空间180以用于监测。在一些示例性实施例中，在用于监测的空间选择之后，(图1的)SONDAR 100可以初始化专用于校准SONDAR 100中利用的传感器的测量的自动校准例程。
在步骤332中，可以通过声纳120来映射所选择的空间180中的所有对象。在一些示例性实施例中，控制SONDAR 100的用户可监督所选择的空间180中的所有客体的映射。应当指出的是，本公开主题中的术语“用户”是指监测(图1和图2的)CC 300的预定义人员。附加地或可替代地，SONDAR 100可以自动完成映射过程。
在步骤333中，可以在所选择的空间180中的已映射客体中选择至少一个对象以用于连续监测。在一些示例性实施例中，用户可以手动执行所选择的空间中的至少一个客体(诸如(图1的)客体110)(例如，选择家中居住的老人)。附加地或可替代地，(图1的)处理器157可以自动选择至少一个对象。在自动选择受监测对象的情况下，可以通过校准过程来识别用于监测的对象，其中对象可以执行一些预定义移动，以便使系统能够锁定到优选对象上。在一些示例性实施例中，SONDAR 100可以被预定义以监测所选择的空间内的任何移动对象。
在步骤334中，可以定义一组事件。在一些示例性实施例中，一旦选择了用于监测的对象333，就要求系统定义在检测时应触发警告的一组事件34。可以在空间的映射之后针对具体对象手动预定义该组事件。例如，如果受监测空间是卧室并且映射将三个客体识别为椅子、床和人，则可以选择人以用于监测并且该组被定义的事件可以包括对象从床跌落、或者被椅子绊倒。可替代地，该组事件可以被预定义为一般事件，例如任何移动对象的心率急剧下降(例如，由雷达模块测量)都可以导致系统的警告。
在步骤335中，SONDAR 100可以开始SONDAR监测至少一个所选对象，其中控制器156控制(图1的)同时操作的声纳模块120和雷达模块140。
在步骤336中，可以利用(图1的)处理器157以检查是否已经检测到来自该组预定义事件的事件。在没有检测到事件的情况下，SONDAR 100可以重复监测至少一个所选对象，直到检测到事件。在来自该组预定义事件的事件发生的情况下，SONDAR 100可以行进到步骤337。
在步骤337中，可以向用户发送警报。在一些示例性实施例中，可以经由(图1的)CU 159发送警报。例如，SONDAR 100在检测到受监测对象110的心率降低时，可以经由SONDAR 100连接到的网络向专用装置发送警报。任选地，系统可以向用户(例如，护士)携带的移动装置无线地发送警报。
应当理解的是，如果(图1的)雷达模块140周期性并且非连续地操作，则步骤331的上述“自动校准”仍然可以应用。具体地：选择要监测的空间331，映射所选择的空间中的所有客体332，选择要监测的至少一个对象333，其组合，或类似物。
在步骤341中，可以定义一组事件。在一些示例性实施例中，可以调整在步骤334中设置的该组事件，因为通过声纳模块的连续操作检测到的一些事件可以被定义以触发雷达模块的操作。可以在空间的映射之后针对具体对象手动预定义该组事件。例如，如果受监测空间是卧室并且映射将三个客体识别为椅子、床和人，则可以选择人以用于监测并且该组被定义的事件可以包括对象从床跌落、或者被椅子绊倒，其可以通过声纳模块的连续操作来检测。可替代地，该组事件可以被预定义有通过声纳模块检测的一般事件以及用于雷达模块的一组附加事件。例如，任何移动的对象可以被记载(register)为通过声纳模块测量的事件，并且心率的急剧下降可以被记载为通过雷达模块测量的事件。
在步骤342中，SONDAR 100可以通过(图1的)控制器156开始声纳监测至少一个所选对象，其中声纳模块可以连续操作。
在步骤343中，可以利用(图1的)处理器157以检查是否已经检测到来自该组预定义事件的事件。在没有检测到事件的情况下，SONDAR 100的声纳模块可以重复监测至少一个所选对象，直到检测到事件。如果已经检测到来自该组预定义事件的针对声纳模块的事件，则SONDAR 100可以行进到步骤344。
在步骤344中，SONDAR 100可以触发雷达模块以开始监测，任选地，在雷达模块开始监测时，声纳模块也继续监测。
在步骤345中，可以利用(图1的)处理器157以检查是否已经检测到来自该组预定义事件的针对雷达模块的事件。在没有检测到事件的情况下，SONDAR 100的雷达模块可以重复监测至少一个所选对象，直到检测到事件。任选地，可以确定用于雷达模块监测的预定时间段，并且在雷达没有测量到任何事件的情况下，雷达可以停止操作并等待直到声纳模块检测到附加事件(步骤343)。如果已经检测到来自该组预定义事件的针对雷达模块的事件，则系统可以行进到步骤346。
在步骤346中，可以向用户发送警报。在一些示例性实施例中，可以通过(图1的)CU 159发送这种警报。例如，SONDAR 100在检测到受监测对象的心率降低时，可以经由SONDAR系统连接到的网络向专用装置发送警报。任选地，系统可以向用户(例如，护士)携带的移动装置无线地发送警报。
应当理解的是，声纳模块和雷达模块两者的集成操作可以具有以下有利特征中的至少一个：
不频繁地和/或仅在需要时(例如，在紧急情况下)，由声纳模块触发通过雷达模块使用微波。从心理学观点来看，这种特征可以是特别重要的，因为许多人反对暴露于连续辐射(例如，微波)，即使在辐射功率极低(比环境中的其他辐射元件(诸如移动电话)低得多)的情况下也是如此。因此，使用辐射元件的最小操作消除了这种“心理”障碍。
声纳模块可以指示非多事件的或“平静”的时段，使得弱生物医学信号可以由雷达模块有效地测量，而不存在由于实质性运动、语音等引起的干扰。
雷达模块的微波可以穿透几乎任何客体，而声纳模块的超声波可以被柔软客体阻挡或吸收并且从硬表面完全反射。例如，站在某个家具后面的人不能直接通过声纳模块来跟踪；然而，这种障碍物可以通过用雷达模块提供的“备用”测量来补偿，由此允许连续的非阻挡性操作。
声纳模块和雷达模块彼此互补。与雷达模块的穿透性微波相比，由于墙壁的高超声反射率，声纳模块可以跟踪位于较大距离处甚至超出角落的客体。而且，即使在厚的织物下，此时声纳模块的超声波被完全吸收，雷达模块也可以测量人胸壁的移动。
由于声纳模块和雷达模块的不同性质，可以消除一些错误信息，具体地，雷达模块的微波可以穿过墙壁并且从其他空间收集信号，由此导致关于不在受监测空间中的客体的错误信息。然而，结合来自声纳模块的不能穿过墙壁的信号，可以确保测量信号仅与所需的选择的空间相关。附加地，由于组合模块忽略了在预定义区域之外测量的信号，因此可以完全映射期望的空间以用于监测。
现在参考图4，其示意性地示出了根据所公开的主题的一些示例性实施例的基本SONDAR监测系统。
SONDAR 100包括声纳模块120和雷达模块140，该两者都由处理子系统111控制，由此SONDAR 100能够远程监测空间180。应当指出的是，在本公开的主题中，空间180是具有预定义周边的空间，主要是可以包括相邻室外场地的室内空间。在一些示例性实施例中，空间180可以是住宅、病房、办公室、别墅、其组合、或类似物。应当理解的是，受监测的空间180可以包括要被远程监测的至少一个客体110，由此此类客体可以是无生命对象或者可替代地是移动的有生命客体(例如人类和/或动物)。
声纳模块120可以使用超声波123并且雷达模块140可以使用微波145，以便监测空间180。任选地，声纳模块120和雷达模块140两者可以同时操作，同时监测相同的空间180。
处理子系统111可以同时获取来自互补的声纳模块120和雷达模块140的数据，使得可以实现针对空间180内的活动的增强的监测。具体地，所监测的活动可以包括以下项目中的至少一个：
·收集客体运动的模式。
·收集活动和生物医学信号。
·跟踪客体的移动。
·识别跌倒情况。
处理子系统111还可以包括用户利用外部装置(未示出)的能力中继信息。所述信息可以包括：文本消息、可视化观察、声音/语音、对象的测试结果、生命体征测量报告、警报事件、对象的移动、其组合、或类似物。
可以利用声纳模块120的超声波123，以便通过发送预定义的超音脉冲、以及然后测量从空间180反射回来的信号序列的到达时间来检测空间180内的至少一个客体110的方位以及运动模式。这种测量在最初映射空间180中的所有客体以及跟踪其移动中可以是特别有用的，使得在SONDAR 100已经检测到预定义事件(例如，突然缺少移动)的情况下，可以向用户发送警报。例如，监测系统可以映射其中人站在桌子和三把椅子附近的起居室，使得如果系统检测到人已经被椅子绊倒并跌倒，则对人相对于桌子和椅子的位置的移动进行跟踪可以引起警报。
可以利用雷达模块140的微波145，以便测量从客体返回的信号的干涉(例如与本地振荡器相比进行测量)，使得可以实现对较小移动的监测。特别地，可以通过测量从客体110的胸部返回的信号来启用对心率和/或呼吸速率的检测。这种测量在初始映射空间180中的所有客体以及跟踪其生物机械特征标记中可以是特别有用的，使得在SONDAR 100已经检测到预定义事件(例如，呼气速率急剧下降)的情况下，可以向用户发送警报。
应当理解的是，仅使用声纳模块120或雷达模块140不能提供可通过组合系统实现的增强的监测。具体地，声纳模块120可以用于定位人(移动的目标客体、和/或添加在背景上的客体)的位置，以便分析客体的活动并且可能产生警报(例如，针对潜在的障碍、或者跌倒的识别)。高精度雷达模块140可以周期性地(例如，以预定时间段)并对应于来自声纳模块120的指示进行操作。
在一些实施例中，由于雷达模块140的微波145能够穿透障碍物(与超声波123相反)，因此在声纳模块120的路径被阻挡的情况下，雷达模块140可以用作备用检测装置，使得SONDAR 100保持接收监测信息(例如，通过雷达模块140来跟踪客体110的移动)。
声纳模块120的超声波123优选在40-200KHz的频率范围内。声纳模块120可以朝向空间180发送超声波123，以便监测从感兴趣空间180内的至少一个客体110反射回来的信号。类似地，雷达模块140的电磁微波145优选在0.5-50GHz的频率范围内。雷达模块140可以朝向空间180发送微波145，以便监测从感兴趣空间180(例如，卧室、院子等)内的至少一个客体110反射回来的信号。
应当理解的是，对受监测对象跌倒的检测可以是特别重要的特征，例如用于老人的家庭护理。对跌倒发生的识别需要：检测到向下的高加速度或速度，伴随身体器官机动的剧烈改变，然后是部分或完全的不能移动，以及生命体征模式的可能的交变。通过声纳模块和雷达模块实现的互补监测允许跟踪肢体移动的复杂特征标记、以及可能为潜在跌倒提供良好指示的大体质心动态特性。由于SONDAR 100在定位对象朝向(或远离)声纳模块和雷达模块的一般运动中是特别有效的，并且因此有利的是提供安装在天花板上的这种系统，使得可以优化跌倒识别。
在SONDAR 100被安装到墙壁上的情况下，系统可以被配置成处于垂直多波瓣发射模式，每个模式均处于不同的频率，使得可以通过在顶节点和底节点(相对于地面)的波束之间创建的信号的时延来跟踪受监测对象的典型的垂直运动。任选地，监测系统可以被配置有单个发射器和垂直间隔的带有相敏检测的双向检测器。通过测量时间相关的相位差，可以提取跌倒对象的准确的垂直轨迹。
在所公开的主题的一些示例性实施例中，SONDAR 100的雷达模块140和声纳模块120可以被至少一个脉冲式声纳监测模块(未示出)替代。至少一个脉冲式声纳监测模块(PSMM)能够将超声波传送到所选择的空间180上用于监测。至少一个PSMM可以由处理子系统111控制。
在一些实施例中，至少一个PSMM可以是空气操作的，类似于用于通过测量信号的到达时间来跟踪人的方位的可商购获得的声纳(具有若干毫米的典型准确度)。通常，短超声脉冲(具有约40-200KHz的载波频率)被发射并且从各种客体反射回来，使得脉冲的到达时间与离声纳单元的距离成比例。对于若干米的范围，典型的距离分辨率约为1cm。
至少一个PSMM可以定位成接近空间180，并且处理子系统111可以测量主声纳回波和次声纳回波以便监测对象110，例如跟踪从墙壁反射的回波。任选地，处理子系统111可以提取次声纳回波的动态特性，所述动态特性然后可以被转化成人类存在和/或生命体征(包括呼吸速率和心率)的记录。在一些实施例中，至少一个PSMM定位在空间180的内部。
在封闭空间(例如，在房间中)操作的一些可商购获得的宽波束声纳已用于记录多个目标，同时不可避免的多个次回波(例如，来自目标的非直接而是在撞墙之后到达声纳检测器的信号)被认为是“噪声”(杂乱回波)。这在接收器处产生已记录信号的非常复杂的独特模式，如果要在受监测空间内跟踪具体目标，则所述独特模式对于常规系统来说通常是有问题的。优选地，空气操作的PSMM(具有脉冲式操作)可以在受监测空间180中进行操作，以便产生多个反射信号的此类复杂模式。然后，所记录的复杂模式可以被用作受监测空间180的非常详细的特征标记。附加地，可以采用处理子系统111来解释该特征标记的任何修改，以便以高灵敏度检测对象110的活动和/或生命体征(与可商购获得的基本声纳分辨率不同)。
应当指出的是，在此类条件下不能直接检测由于(例如，胸壁的)生物活动而引起的小运动，然而，当声学波束被调制以使得所述波束进一步传播(例如，并且撞击墙壁或家具)并反射回到声纳检测器时，由于次回波的长路径导致的角度放大可以被转化成信号到达时间的大的调制，从而产生生命体征的可测量特征标记。进入受监测空间180的对象110可以创建附加的超声反射器，其可以被跟踪以便发现对象的位置和移动(作为现有技术中众所周知的程序)。
在一些实施例中，可以通过以更详细的方式修改上述详细模式来识别(对象110的)附加特征标记。应当理解的是，人体恒定地向周围环境辐射热量，使得即使没有附加的指示(诸如呼气、说话或移动)，在对象110附近区域处的声速通常也会改变。因此，特征标记的结构可以被修改并变得不稳定，即特征标记开始“呼气”，伴随峰值变成谷值等。因此，即使对象不移动，也可以接收存在活体对象110的非常良好的指示。
应当指出的是，在呼气周期期间，由于胸部的移动而发生实质改变，由此发出热空气，从而引起周围空气的运动。这些现象可致使受监测空间180的声纳特征标记的动态修改，其可以被跟踪(例如，使用帧差异和频率分析的处理)以提取呼吸活动和呼气速率。甚至由于心跳引起的非常小的改变也可以被受监测空间180的结构充分放大，以便给出通过呼气和心率模式调制的可记录的次回波。任选地，受监测空间180可以由于距离角倍增而充当系统的必要部分，即非常小信号的灵敏度放大器。
应理解的是，为了清楚起见而在分离的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合地提供。相反，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可分离地或以任何合适的子组合提供。
虽然已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显而易见的是，许多替代、修改以及变化对于本领域的技术人员将是显然的。因此，意图涵盖落在所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改以及变化。