Patientenmonitoring
Seniorenradar
Sensoren zur Überwachung von Vitalparametern halten mehr und mehr Einzug im Gesundheitswesen und in Wohnungen von Senioren. Während die Überwachung per Kamera eine Vielzahl von Möglichkeiten bietet, beeinträchtigt sie aber Privatsphäre massiv. Radar könnte eine Alternative sein.
Die Verwendung von mobilen Sensoren, die am Körper befestigt ihre Daten drahtlos übertragen, umgeht das Privatsphäre-Problem zwar, aber am Körper getragene Systeme sind wiederum im täglichen Einsatz unpraktisch. Einen neuartigen Ansatz zur anonymen Personenüberwachung ohne direkten Sensor-Kontakt bieten miniaturisierte, kostengünstige On-Chip Radarsysteme, die detailliert Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung erfassen können.
Sie erreichen somit ein ähnliches Niveau an Risikodetektion wie Kameras, schützen aber die Privatsphäre, da sie keine Identifikationsmerkmale (wie zum Beispiel ein Gesicht) aufzeichnen. Radarstrahlen durchdringen überdies einige Materialien, sodass auch Messungen durch Wände und Betten hindurch möglich sind. Die große Messgenauigkeit des Radars erlaubt zum Beispiel die Atmungsüberwachung durch Detektion der Brustkorbbewegung von der Decke aus.
Die meisten der verfügbaren On-Chip-Radar-Sensoren lassen sich mit typischen Batteriespannungen betreiben und senden nur wenige Milliwatt Strahlung ab. Preisgünstige Kunststofflinsen fokussieren den Radarstrahl präzise gemäß der jeweiligen Anwendung, auch um die Empfindlichkeit mit zunehmender Reichweite zu erhöhen. Bei der Detektion von Objekten können so, je nach Modulation, verwendetem Frequenzband und Strahlbündelung, Reichweiten von bis zu 200 m mit einer Auflösung im einstelligen Millimeterbereich realisiert werden.
Einige der On-Chip-Radarsensoren sind mehrkanalig ausgelegt: Mit räumlich leicht versetzten Empfangsantennen kann die Winkellage eines Objektes relativ zur Hauptachse des Radarstrahls erkannt werden. Diese Charakteristik lässt sich zur Abbildung von Objekten innerhalb des vom Radarstrahl erfassten Raumwinkels im Sinne einer Bildgebung verwenden.
Da Radarsysteme bauartbedingt mit Frequenzen im zwei- und dreistelligen GHz-Bereich arbeiten, erfordert das Design der analogen und digitalen Schaltungen nebst der Verfahren zur Signalauswertung Expertenwissen in mehreren Disziplinen und ist damit aufwändig und kostenintensiv. Die Anforderungen für Objekterkennung und/oder Bildgebung bestimmen hierbei mit Festlegung des geeigneten Frequenzbandes und des verwendeten Modulationsverfahrens im wesentlichen die Basisparameter des Radarsensors.
Ebenfalls abhängig vom Anwendungsfall und dem eingesetzten Modulationsverfahren erfolgt dann nach einer analogen Vorverarbeitung die weitere digitale Auswertung (Signalsynthese) mit auszuwählenden Verfahren für die Objektdetektion, Objekterkennung, Objektverfolgung und/oder Umsetzung von Objektdaten in ein Radarbild. Und diese kann sehr komplex werden, beispielsweise da Radarstrahlen je nach Frequenz verschiedene Materialien (zum Beispiel Wände) durchdringen und Objekte detektieren, die ein visuell orientierter Entwickler oft nicht in Betracht zieht.
Die Ingenieure von embedded brains entwickeln derzeit einen modularen Hard- und Softwarebaukasten zur Entwicklungsunterstützung beim Einsatz von On-Chip Radarsensoren. Durch die modulare Zusammenstellung von Hard- und Softwarekomponenten lassen sich allerlei mögliche Anwendungsfälle mit verschiedenen Modulations- und Auswerteverfahren, unterschiedlichen Verfahren zur Filterung, Mustererkennung und Objektverfolgung bis hin zur Bildgebung rasch und ohne großen Aufwand prototypisch umsetzen. Dies verkürzt die gesamte Entwicklungszeit signifikant und ermöglicht eine kostengünstige Realisierung moderner Radartechnologie für spezifische Anwendungen mit kleinen und mittleren Stückzahlen. Vor allem lassen sich Leistungseigenschaften für neue Anwendungen sehr einfach untersuchen, bevor eine komplette Systementwicklung durchgeführt wird.
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