北京囡宝科技有限公司

一、单位简介

北京囡宝科技有限公司由张兆龙创立于2014年03月19日，同期在美国硅谷创立keewifi Inc.，是一家以创新技术为驱动的互联网公司。

公司成立以来获得京东、猎豹移动、真格基金等一线基金和上市公司合计近5000万元融资，并于近期与一家国内大型国企达成1.5亿元投资意向。

企业先后被认定为国家级高新技术企业、中关村高新技术企业、中关村智能硬件企业、2016北京知识产权局授权的专利试点单位、中关村“金种子工程”企业，CEO张兆龙也在2016年被授予“中关村高端领军人才”的荣誉称号。

二、产品介绍和目标

1.产品介绍

现阶段，我们研发团队致力于将电磁波识别技术应用于我们公司的产品—吻路由NB7532，通过Wi-Fi电磁波识别来监测人体的各种行为变化。我们研究提取目标的特征量，利用这些特征量来区分干扰与真实回波，区分各种诱饵和真目标，甚至可以区分不同类型的目标，识别精度高，甚至可以识别胎儿的心跳。

2. 目标

（1）利用WI-FI识别人体行为变化（跌倒、走路、睡觉等），基于不同的行为变化做出相应的判断，如老人突然跌倒后报警。

（2）利用WI-FI热点及WI-FI的穿墙性能实现灾后搜救工作，探测识别到混凝土下的生命气息。

（3）利用车载WI-FI达到活体检测的目的，防止小孩、宠物等活体在车内被闷死的悲剧发生。

（4）利用WI-FI进行隐藏式监控，如博物馆重要文物保护，多            层安防措施。    

三、核心技术

Wi-Fi电磁波识别技术。我们研究提取目标的特征量，利用这些特征量来区分干扰与真实回波，区分各种诱饵和真目标，甚至可以区分不同类型的目标，识别精度高，甚至可以识别胎儿的心跳。这项技术可用于很多方面，如老人跌倒监测识别、活体监测识别、隐藏监控、灾后搜救等等。现阶段，我们挑战团队将电磁波检测技术应用于智能路由器上，通过Wi-Fi电磁波识别来监测人体的各种行为变化。

WI-FI电磁波识别技术系统主要由FMCW模块、信号处理模块、位置定位模块、人体行为变化检测模块和云端模块5个主要模块组成，具体技术方案及模块详细介绍如下：

FMCW模块

在该系统中，使用FMCW来得到电磁波的传输时间。

无线电磁波的速度是光速C。无线电波到达人体，经过反射后，到达接收装置，如果能够得到往返的时间，利用公式：距离＝速度C＊时间，可以得到人体的距离。

在三维坐标里，假设人体的反射点位置为（x，y，z），发送天线的位置为（xs，ys，zs），接收天线的位置为（xr，yr，zr）。

发射信号到达反射点，经过反射点反射后到达接收点，一共经过的距离为：

信号的传播速度为光速C，所以经历的时间ToF可以表示为：

在本系统中，使用FMCW方式来得到ToF。FMCW通过天线向外发送一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。发射波与反射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟。

△t与目标距离R的关系为：

公式1

其中△t：发射波与反射波的时间延迟

       R：目标距离

 C：光速，C=3*108m/s

发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率△f。 

公式2

其中△f：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0|

T：调制信号周期

B：调制带宽

通过公示1和公示2，得到公示3。

R=CT*△f/4B

公式3

FMCW对于发送信号和接收信号的频率的差别，可以得到来回的往返时间ToF (Time of Flight)。通过ToF，得到目标距离R。

信号处理模块

接收到的反射信号需要进行背景噪音的处理。

无线电磁波在发送和接收的过程中，不仅遇到人体会产生放射，而且遇到静态物体也会产生反射，比如墙，桌子，沙发，家具等。在实际的情况中，静态物体的反射信号，相对人体的反射信号，会强很多，所以我们必须将静态物体的反射清除掉，才能得到人体的反射信号。信号直接通过静态物体的反射，在本系统中称之为静态多路反射。

静态物体的位置不会随着时间的变化而变化，所以静态物体反射对信号的频率位移相对于时间变量是一个不变的值。

在本系统中，通过对相邻扫描周期里的信号进行傅立叶变换，删除静态物体引入的反射信号。

背景噪音的处理，还包含信号被人体反射以后，再被其他物体反射。

在实际情况中，有的信号经过人体反射直接到达接收装置，有的信号经过人体反射，还会再次被环境中的其他物体反射。在本系统中称之为动态多路反射。

动态多路反射信号的去除，

通过人体反射直接到达接收装置的信号相比经过人体反射，再被环境中的其他物体反射的，经历的路径最短。由于距离直接跟ToF相关，从而跟频率相关。也就是说，直接经过人体反射到达接收装置的信号比经过人体反射，再被环境中的其他物体反射的，频率位移是最小的。

通过静态多路反射的处理后，可以纪录剩下的最强反射信号的最下面的边缘，从而得到经过最短路径的反射，达到了删除动态物体引入的反射信号的目的。

过滤：人体的运行是连续的，所以经过人体反射以后的信号到达接收设备，计算得到的距离变化也应该是随时间平稳变化的。在本系统中，使用卡尔曼过滤来平稳距离随时间的变化。

位置定位模块

信号进入位置定位模块，进行位置的定位。

使用一根发送天线和一根接收天线，通过FMCW，可以得到人体的距离d。

距离的数值等于发送天线到人体的距离d1，再加上人体到接收天线的距离d2，d＝d1+d2。

信号进入位置定位模块，在二维空间里，

根据椭圆的定义，人体的轨迹相当于在以发送天线和接收天线为焦点，距离为d的椭圆形边界上。如果我们使用一根发送天线，二根发送天线，将会得到2个椭圆形的轨迹。第一个以发送天线和第一根接收天线为焦点，距离为d的椭圆形；第二个以发送天线和第二根接收天线为焦点，距离为d的椭圆形。

由于人体的轨迹需要同时满足上面的2个椭圆形轨迹的要求，所以它们相交的点将可能是人体的位置。

由下图所示，将会有2个相交的点，p1和p2。由于我们使用的天线是有方向的天线，所以只会在其中的一个方向上是合理的，从而定位到具体的相交点，假设为p1。P1点的位置，包含x和y轴的相应信息，从而得到了人体的二维空间。

图:人体位置的二维坐标

信号进入位置定位模块，在三维空间理，

人体的轨迹相当于以发送天线和接受天线为焦点，距离为d的椭球体。

如果使用一根发送天线和二根接收天线，将会得到2个椭球交汇的地方，结果是一条弧，无法定位人体的具体轨迹。

所以我们使用一根发送天线和三根接收天线，3个椭球交汇，将会得到一个点，这个点的三维坐标（x,y,z）就是人体的三维坐标。

图：人体位置的三维坐标

人体行为变化识别模块

利用三维空间的坐标值，可以通过跌倒检测模块来判断人体是否有行为变化，拿跌倒举例：：

（a） 人体的z轴坐标应该尽量接近水平面。

（b） 人体的z轴在很短的时间内有一个很大的下降跳跃。

只有同时达到上述两个条件，才会认为是人体跌倒。 如果只满足第一个条件，而不满足第二个条件，有可能是人体坐在地面上；如果只满足第二个条件，而不满足第一个条件，有可能是人体坐在座位上。

云端模块

云端包含数据库服务器、应用服务器、WEB服务器、文件存储服务器、人工智能计算中心、管理平台调度服务器。

四、应用领域

1. 老人跌倒监测识别

2. 活体监测识别

3. 隐藏监控

4. 灾后搜救

五、应用案例

1.与飞利浦合作研发跌倒监测产品

该技术得到飞利浦的认可，飞利浦验证我方demo后，赞誉该技术是开辟了光波、声波之外的第三类感知技术，并签订合作协议，合作研发第三代老人跌倒监测产品。飞利浦是美国跌倒监测行业领军者，占有美国跌倒监测行业80%，约120亿美金的市场。飞利浦拥有两款跌倒监测产品，一种是需要手动触发按钮式的家庭呼叫系统产品，一种是挂在脖子上利用陀螺仪感应摔倒的家庭呼叫系统产品。我们合作研发的第三代基于WI-FI电磁波探测技术的跌倒监测产品不需要佩戴，没有人为漏报，哪里有WI-FI，哪里就可以判断跌倒，只要有老人跌倒，立刻向与其相关联的APP或服务平台报警。相较于容易泄露隐私的摄像头监控、不能穿墙的红外线监控、需手动触发的家庭呼叫系统、灵敏度不佳的佩戴挂件等老人跌倒监控监测设备，有着覆盖范围广、灵敏度高、适应性强等优势。

2. 为宝马公司研发活体监测车载WI-FI

BMW慕尼黑总部验证我方demo后，与我方签署合作协议，合作研发车载活体监测项目。德国宝马集团长期以来作为全球汽车科技的引领者，在2016年面向全球科技企业发布“BMW Startup Garages”项目，寻找更多创新科技进入汽车领域，率先运用在宝马汽车上。kisslink于2016年11月接到宝马集团慕尼黑总部的邀请，同时宝马中国总部确认kisslink是中国第一家入选企业。我方在会上展示了通过搭载近场认证和WI-FI电磁波探测技术的新型车载WI-FI，来检测车内是否有活体的demo。新型车载WI-FI设备利用近场技术将WI-FI范围控制在整个车辆内部，并达到全覆盖无死角。当车辆停止行驶，关闭车门并锁车后，激活车载WI-FI的电磁波监控功能，如果车内有活体，汽车发出警报，与之相关联的手机APP同时预警或阶段性预警，达到报警目的。彻底解决小孩子或爱宠被困车内闷死的悲剧。对家庭有着预防风险，避免生命发生意外的安全意义。

WI-FI电磁波识别技术可以作为现有机器人感知的一个补充，更加全面的感知周围的环境和人体活动。已经跟猎豹移动展开合作，将会被应用于猎豹移动的服务机器人上。