Задачей первого этапа являлось формирование и обоснование технических предложений для проведения НИОКТР. Для этого проводились исследования как специалистами ЮФУ и ОАО «НПП КП «Квант», так и специалистами Института аридных зон ЮНЦ РАН в части биофизиологических аспектов НИОКТР.
Специалисты Института аридных зон ЮНЦ РАН проанализировали современные сведения о реализации человеком мощности работы различной интенсивности, формирование модельных представлений о цене, которую платит организм при реализации работы высокой интенсивности, а также произвели анализ существующего рынка программно-аппаратных средств описания этих процессов.
Сформулированы предложения о построении оптимальных систем диагностики значимых параметров и мониторинга состояния человека в процессе циклической деятельности, имеющих перспективную ценность в задачах реабилитационной медицины, спортивной физиологии и медицины. Выполнен анализ физиологических, биомеханических и биохимических моделей обеспечения физической работы разной интенсивности. Сравнение критериев оценок и подходов, необходимых для количественных характеристик физической работы, позволило сформулировать общие предпосылки для создания мобильных комплексов для фиксации вышеуказанных показателей человека.
Для построения оптимальной аппаратной реализации комплекса были рассмотрены варианты схем деления распределенного монитора, выбран вариант, который сочетает надежность и высокую эргономичность комплекса. Показано, что надежность комплекса и удобство его эксплуатации в немалой степени определяется системой электропитания и надежностью разъемных соединений. Минимизация проводных соединений решена путем использования беспроводных сетей. Для этого произведен их анализ и оценка существующих решений. Выбраны варианты аппаратных реализаций беспроводных сетей для внутренней сети распределенного монитора. Для связи модулей комплекса были выбраны и исследованы несколько платформ радиоканалов для дальнейшего анализа на этапе эскизного проекта. Выбор основывался на энергоэффективности каналов связи, надежности передачи данных и их распространения в неспециализированных электронных устройствах.
Для дальней связи и решения задач позиционирования проведен обзор современных GSM/GPRS и GPS/ГЛОНАСС модулей, для данного проекта произведен выбор решений на основе требований к надежности, малому энергопотреблению и минимальным габаритным размерам. Оптимизацию системы электропитания предлагается решить на базе технологий бесконтактной зарядки Li-ion и Li-po аккумуляторов.
Особенностью разрабатываемого комплекса является точная оценка механической мощности, развиваемой человеком при движении. В ходе работы была разработана и проанализирована нелинейная математическая модель движения конечностей и центра масс при ходьбе. При исследовании этой модели были выбраны параметры, необходимые для работы дополнительного инерциального модуля (ДИМ). Рассмотрены основные параметры современных интегральных инерциальных датчиков, пригодных для использования в ДИМ. Оценена вычислительная сложность реализации алгоритмов определения мощности в ДИМ по данным инерциальных датчиков.
Рассмотрены различные варианты построения структур ПО и произведен выбор ОСРВ для разработки встроенного ПО комплекса. Произведено тестирование нескольких микроконтроллеров с заявленным ультранизким потреблением и на основе результатов экспериментов выбрано семейство, на базе которого планируется реализовывать большую часть аппаратных устройств комплекса.
Рассмотрены основные параметры биофизиологических сигналов и произведена оценка требуемой дискретизации при оцифровке. Приведены типовые виды помех и выбраны цифровые фильтры для их подавления. Рассмотрены алгоритмы выделения R-зубца в электрокардиосигнале.
Рассмотрены требования, предъявляемые к клиентскому и серверному ПО комплекса. Рассмотрены варианты организации центра коллективного пользования. Для ПО высокого уровня приведены решения на базе вейвлетов для окончательной обработки полученных данных и выделения значимых паттернов сигналов.