基于SOPC技术的便携式定位系统设计

采用SOPC技术,设计了一种基于NIOSⅡ软核处理器的便携式组合定位系统。介绍了系统硬件组成,对系统软件开发进行了详细阐述,并给出了相应程序。试验样机表明,该系统接收终端体积小,开发周期短,开发成本低,产品生命周期长,系统采用GPS/数字指南针组合定位,克服了单一GPS定位盲区。     

可穿戴设备中基于人体通信的身份识别方法研究*

针对目前生物识别技术在穿戴式设备上应用的缺陷,提出一种可应用于可穿戴设备上的生物识别方法。利用300KHz-1.5GHz的电磁波在人体通信信道传输中产生的幅度衰减特性曲线作为生物特征。为了验证此方法的可行性,首先,利用矢量网络分析仪测量生物特征;其次,提取数据的梯度,使用支持向量机进行分类器模型训练和测试。验证结果与直接对采集的生物特征进行分析的方法对比,引入梯度的分析方法使得正确识别率从90.45%提高到94.54%、等错误率从0.95%降低到0.14%、接收者操作特征曲线下面积从0.9971增加到0.9999。因此,基于人体通信的身份识别方法可为穿戴式设备的身份认证系统研究提供一种方法。     

手指静脉图像感兴趣区域快速提取方法研究

手指静脉识别技术由于其非接触、高防伪性以及活体检测等优点,成为研究与应用的热点。针对传统手指静脉图像感兴趣区域提取方法过程复杂、运算量大的问题,提出一种感兴趣区域快速提取的方法。该方法采用三点对比法定位手指上下边界以及基于相似三角形定理的图像校正方法。与传统的方法相比,省去了边缘优化的复杂过程以及减少了旋转校正的乘法运算量,能将指静脉图像感兴趣区域提取的速度提高2～3倍。利用指静脉图像库进行仿真实验,结果表明,本算法提取ROI的正确率为100%,识别的等错误率仅为2.45%,说明该方法具有较高的普适性和稳定性,能广泛应用在指静脉识别系统中。     

人体通信不同信道传播特性的研究

植入式通信系统是人体体域网（BAN）的重要组成部分,在医疗监测、疾病诊断治疗和残疾人辅助方面有重要的应用前景。基于时域有限差分的方法（FDTD）原理建立多层非均匀介质人体组织模型,通过在体表、体内植入不同方式信道,研究植入式人体通信信道传播特性。首先,建立多层非均匀介质人体组织模型,考虑到组织介电特性与频率有关,随频率呈α、β、γ色散,需对介质Debye模型进行非线性参数拟合;然后,在人体通信链路体表-体表、体表-体内、体内-体表和体内-体内植入四种信道,分析0.3~100 MHz频段人体通信信道的衰减特性;最后,通过信道植入实验（猪肉）验证了非均匀介质建模的可行性。分析植入式人体信道路径损耗特性：在植入信道传播特性方面,信道路径损耗与信道长度相关且随频率呈高通特性,在信道植入方式方面,体内信道较体表植入更具有优势。     

适用于低频率生理信号片上谱分析的低功耗数字芯片设计

本文针对人体传感网络的应用定制设计了一款基于片上处理技术的低功耗的数字芯片。该数字芯片主要包括一个用于生物医学信号谱分析的可扩展FFT处理模块,一个授权的ARM7TDMI内核和其他外围IP模块。该FFT采用了一种新的混合结构,存储器优化,减少乘法器,高效率的地址产生技术来降低功耗。芯片经过流片,并实际测试后表明,性能方面能满足生物医学信号处理要求,功耗方面,在1.8v输入下,功耗仅0.69mW @ 1MHz,该芯片计算256点FFT的能量是基于ARM7嵌入式平台计算所耗功耗的0.9%,同时,与业界主流ASIC实现的FFT相比,也具有低功耗优势。     

生物阻抗技术在手臂红外治疗中的初步应用研究

红外理疗采用红外光对人体部位进行照射,已在各种疾病的辅助治疗中得到了广泛的应用.红外理疗效果一般由医护人员根据经验进行定性评估,目前鲜有关于红外理疗效果定量分析的报道.鉴于理疗身体部位血流信息的变化能反映红外理疗效果,实现无创、安全、实时监测红外理疗过程中的血流信息,将有助于引导红外理疗的疗程安排,提升红外理疗效果.文章提出一种基于生物阻抗的方法对手臂血流红外理疗效果进行评估.首先,选用BIOPAC生理信息记录仪为系统核心,利用二电极法测量人体心电信号,四电极法同步测量人体手臂在红外光照射前、中、后的生物阻抗变化;其次,通过小波变换进行基线漂移去除与特征提取分析,并运用朴素贝叶斯模型对特征点的稳定性进行评估.实验结果表明:手臂生物阻抗信号特征频率与心率变化趋势相同,平均数值误差在0.09％～1.60％;经红外光照射后,手臂生物阻抗单周期信号内次级波与主波比值上升,幅度为3.91％～13.05％,即生物阻抗信号能够反应手臂血流信息,且具有感知红外理疗过程中血流变化的灵敏性.     

基于ECG信号的高精度血糖监测

连续血糖监测在糖尿病管理中具有重要的意义。目前糖尿病患者主要通过指尖采血或植入式微创传感器监测血糖,但上述方法存在疼痛、成本昂贵、易感染等问题,因此,无创监测是实现连续血糖监测的理想技术。本文利用心电(ECG)信号,提出了一种血糖水平无创监测的方法:通过获取12名志愿者共60 d 756160个ECG周期信号,利用递归滤波器实现ECG信号的滤波,并采用卷积神经网络和长短期记忆网络相结合(CNN-LSTM)的方法,实现了血糖水平的十分类监测,并通过实验探索了个体建模和群体建模2种建模方式的差异。结果表明,在个体建模和群体建模的条件下,血糖监测精确率分别约达到80%和88%。其中群体建模10分类的F1值可达到0.95、0.88、0.91、0.85、0.92、0.88、0.86、0.86、0.87和0.86。研究表明,本文提出的基于ECG的无创血糖监测方法为实现血糖水平的实时、精准监测提供了一种有力的理论支撑与技术指导。      

低功耗人体通信射频收发器的设计

Human body communication is proposed as a promising body proximal communication technology for body sensor networks. To achieve low power and small volume in the sensor nodes, a Radio Frequency (RF) application-specific integrated circuit transceiver for Human Body Communication (HBC) is presented and the characteristics of HBC are investigated. A high data rate On-Off Keying (OOK)/Frequency-Shift Keying (FSK) modulation protocol and an OOK/FSK demodulator circuit are introduced in this paper, with a data-rate-to-carrier-frequency ratio up to 70% . A low noise amplifier is proposed to handle the dynamic range problem and improve the sensitivity of the receiver path. In addition, a low power automatic-gain-control system is realized using a novel architecture, thereby rendering the peak detector circuit and loop filter unnecessary. Finally, the complete chip is fabricated. Simulation results suggest receiver sensitivity to be -75 dBm. The transceiver shows an overall power consumption of 3.2 mW when data rate is 5 Mbps, delivering a P1 dBoutput power of -30 dBm.     

基于人体通信的信息交互系统设计

针对穿戴式设备之间的互联互通问题,研究并实现了基于人体通信技术的信息交互系统.考虑到穿戴式设备的应用场景,设计了人体通信双向通信的MAC协议;为了提高系统的通信效率,定制了人体通信传输帧结构;为了降低系统功耗,设计了系统的3种工作模型.实验结果表明,该系统能够快速完成信息交互,其实时数据率达到200 kbit/s,误码率亦趋近10-8.为IEEE 802.15.6标准MAC协议的实现奠定了良好基础,将进一步推动人体通信技术的发展与应用.     

基于FPGA的贴片式定位导航系统设计

设计一种基于FPGA的贴片式定位导航系统,实现了以Altera公司的CycloneⅡ EP2C35为核心的接收终端。试验样机表明,以FPGA为接收终端,采用软核处理器,减小了导航系统的体积,缩短了产品开发周期,产品升级方便,接收终端采用数字指南针+GPS组合定位,提高了贴片式定位系统的定位精度。