人体步态测量系统信号处理方法研究(2)
现对身体状况的检测，从而可以及时发现疾病，减小大型疾病发生慨率。因此轻便化的人体
特性检测装置可以一定程度上缓解医疗资源的紧张，同时其简单易操作、价格低廉，具有极
大地市场推广潜力。
对人体日常行为特征进行观测，不仅可以用于医学检测和诊断，同时对于竞技体育活动
中检测运动员运动状况和训练效果，有一定的帮助。可以帮助改善运动员的运动技巧，防止
由于训练不当或者训练技巧错误而造成身体的损伤。同时普通人在日常锻炼身体的过程中，
也可以及时地检测自己的行为特征，以避免错误的锻炼方法或姿势导致身体肌肉或关节的损
伤。
人体生命特征有很多，步态特征是其中一种，其可以反应人体状况的很多信息。步态是
指人在行走过程中身体所体现出的运动姿态。人体行走这个活动是极为复杂的，神经中枢需
要在行走过程中通过运动神经控制身体的各个部分，使人体保持平衡、协调；同时身体各个
部分也必须要功能正常，才能使整个行走过程顺利进行[1]
。由于整个行走过程需要人体各个
部分协调工作才能完成，只要某个部分出现问题便会影响行走的步态特征，所以人体行走过
程中的步态特征可以从一定程度上反映人体生命状况[2]
。而许多临床结果也表明，人体步态
在一定程度上反映了人体的一些基本生命状况，例如，Salarian 等人在对帕金森病的研究中就
发现，帕金森病患者的步长和帕金森病发生的严重性具有十分高的相关性[3]
。步态特征研究
不仅在医学方面具有很大的应用，在生物工程研究、机器人设计制造以及体育训练中也具有
极其重要的作用。对人体步态特征参数测量的方法有很多，大多都是基于视频图像处理的方
式来获得人体行走时的步态特征，但是这种方法对环境要求很高，系统设计复杂，不易操作，实验过程比较繁琐。除此之外，还有通过磁场或者超声波等来检测步态信号的设备，这些方
法虽然都可以精确的实现对步态信号的三文分析，但是都有相同的缺点：设备庞大、操作复
杂、价格昂贵。因此要想实现检测装置的小型化、简单化，必须要选择不同的器件来进行步
态信号的采集，同时要找到合适的算法，来实现对采集到的信号的处理。
近些年来，随着电子产业的快速发展，惯性测量器件的测量精度越来越高，而其价格、
能耗、体积和质量却越来越低，为惯性器件比如加速度计和陀螺仪等的普及提供了有利的条
件。因此通过使用惯性测量器件对人体步态信号进行测量，不仅可以满足精度的要求，同时
也极大的简化了系统设备的复杂程度，是一种十分有效的做法。
1.2 国内外研究现状
步态测量方法的研究方面，主要是使用惯性传感器件固定在人体的方法来进行测量（使
用两轴或三轴的加速度传感器和陀螺仪） ， 然后对获得的测量信号进行处理后便可得到相应的
步态特征。很多研究人员已经对此做过研究。例如，Saremi 通过固定在人体胸部的 5 个加速
度传感器来测量行走过程中的时间和空间参数[4]
。 瑞士的 Mariani 在对人行走时步态的三文特
征分析中使用了包含有加速度计和陀螺仪的穿戴型测量模块[5]
。 Aminian 使用安放在人体脚后
跟的两个加速度传感器来是想对行走步态周期的分割，从而实现对行走过程中时间参数的测
量[6]
。 新加坡的 Dong等通过安放在人体大腿上的加速度计来实现对行走中大腿摆动的角速度