基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法及探测器技术

本发明专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，如果信号的频率变化为“高频运动信号后面跟着一个低频动作信号”，则表明有人员进入控制区；如果信号的频率变化为“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”，则表明有人员从控制区离开；判断出人员离开后，在延时T时间段内如果有功率谱密度超过W

Microwave Doppler static human body detection method and detector based on time frequency analysis

The detection method of the invention is based on time-frequency analysis of microwave Doppler static human body, if the frequency change signal for \behind the high frequency motion signals with a low frequency motion signal\, showing that the personnel to enter the control area; if the frequency change signal for \behind the low frequency action signal with a high frequency signal, which indicates that there is movement\ they left from the control area; judge staff left, in the delay period T if the power spectral density of more than W

【技术实现步骤摘要】
基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法及探测器
本专利技术涉及一种基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法及探测器，更具体的说，尤其涉及一种基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法及探测器。
技术介绍
室内人体探测在智能控制中有着十分重要的作用，常用于照明、空调等各种电器设备的智能控制。人体探测方式主要有主动型的微波探测和被动远红外(PIR)热释电探测两大类。被动远红外人体探测是基于热释电的原理而工作的，探测器本身不发射任何形式的能量，只是被动接收来自环境的红外辐射能量变化来完成探测目的。由于具有结构简单、价格便宜等优点，是目前广泛应用的人体探测器。但被动远红外探测的缺点主要缺点有：①、只能检测运动的人体，不能检测静止的人体。虽然可以采取一定措施来提高探测精度，但仍然无法彻底解决静态人体检测的问题；②、夏季环境温度提高至和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，有时造成短时失灵；③、信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰，以及刮风等环境变化的影响。微波人体探测应用多普勒(DopplerRadar)原理，通过发射一个低功率微波并接收物体反射过来的能量。这种探测方式与其它探测方式相比具有如下的优点：①、非接触探测；②、不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；③、抗射频干扰能力强；④、输出功率小，对人体构不成危害；⑤、远距离：探测范围超过20米。被动远红外人体探测和微波人体探测都属于运动型的人体探测器，都是将探测到的人体运动信号加上延时，形成稳定的人体控制信号。但如果人体长期处于相对静止的状态时，就不会产生有效的检测信号，延时结束后就会输出无人信号。静止状态的人体探测是智能控制中对人体探测的特殊要求，室内处于坐姿状态下工作与学习的人体基本上没有运动状态，只有上肢或手部微小的动作。如果采用运动型的人体探测器，无法检测到静态人体的存在，就会判断为没有人体存在而关闭所控制的设备。待人体一有运动后，又检测到人体的存在而开启设备。这样就会造成设备的频繁启停，不但影响人员的工作学习效率，还会缩短设备的使用寿命。因此，为了克服上述问题，就必须实现具有静态人体探测功能。目前实现静态人体探测的主要方式是在被动人体探测器的基础上增加一个运动装置，如在菲涅尔透镜或PIR探测器上安装一个旋转电机，如检测到没有人体运动后，控制系统控制电机旋转，造成探测器与静态人体之间“相对运动”，从而探测出是否有静态人体的存在。这种方法从原理上来说是可以的，但受到室内物体热辐射的影响，很难从背景噪声中判别出静态人体信号。这种方法不具备实际使用价值。微波探测可以精确测量出人体在室内运动和动作等各种状态下的频谱特性，对这些频谱成分及时间规律的分析，可以实现我们所需的静态人体探测。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法及探测器。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特别之处在于，通过以下方法来实现：对微波传感器输出的信号进行时频分析，如果信号的频率变化为“高频运动信号后面跟着一个低频动作信号”，则表明有人员进入控制区；如果信号的频率变化为“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”，则表明有人员从控制区离开。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，如果信号的频率范围为20～100Hz、功率谱密度大于1000dB/Hz，则认为其为高频运动信号；如果信号的频率范围为5～10Hz、功率谱密度大于1000dB/Hz，则认为其为低频动作信号。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，当根据“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”判断出有人员从控制区离开后，再延时T时间段，并在延时的T时间段内判断是否有功率谱密度超过Wth的动作信号存在，如果有满足条件的信号存在，则表明控制区内还有人员存在，一直输出有效的“有人”信号，如果没有满足条件的信号存在，则表明控制区内已无人存在，在延时时间T结束后输出“无人”信号；Wth的取值范围为100dB/Hz～2×104dB/Hz。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，微波传感器输出的信号采用离散短时傅里叶变换进行时频分析，如果微波传感器输出信号的功率谱密度在100dB/Hz以下，则将其视为无效信号，以滤除噪声信号。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，所述延时时间段T的取值范围为5-20min。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测器，包括10.525GHz微波多普勒传感器、放大滤波电路、A/D转换器、嵌入式系统以及用于提供稳定电压的电源系统，10.525GHz微波多普勒传感器输出的信号依次经放大滤波电路、A/D转换器的处理后，输入至嵌入式系统中，嵌入式系统具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，嵌入式系统输出人体探测信号。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测器，所述10.525GHz微波多普勒传感器采用频率为2KHz、脉宽为20～50μs的脉冲供电，在降低电能消耗的同时还可实现探测距离的程控以及多个探测器的组网。本专利技术的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测器，所述放大滤波电路由运算放大器组成的低通滤波器和高通滤波器组成，低通滤波器的截止频率为100Hz，高通滤波器的截止频率为1Hz；A/D转换器的数据位数在10—12位之间。本专利技术的有益效果是：本专利技术的静态人体探测方法及探测器，通过对微波传感器输出的信号进行时频分析，依据运动信号(20～100Hz的高频信号)和动作信号(5～10Hz的低频信号)发生的先后次序，来判断控制区(室内)是有人员进入还是外出；判断出有人员进入后，则一直输出有效的“有人”信号，判断出有人员外出后，在延时时间段内也一直输出“有人”信号，并同时检测是否存在功率谱密度超过100dB/Hz(优选为1000dB/Hz)的动作信号存在，如果有满足条件的信号存在，则表明控制区内还有人员存在，一直输出有效的“有人”信号，如果在延时时间段内没有满足条件的信号存在，则表明控制区内无人，在延时时间T结束后输出“无人”信号。本专利技术的静态人体探测方法，摒弃了被动远红外探测检测精度低、易受外界干扰的缺点，采用微波探测，利用对运动信号、动作信号的识别来判断有人和无人信号，具有无任何机械动作、可靠性高、不受刮风、灰尘等自然环境的影响、不受环境温度和探测区域内物体热辐射背景影响的优点，有益效果显著，适于应用推广。附图说明图1为利用微波传感器进行运动人体探测的原理图；图2为信号x(t)的频率随时间的变化图；图3为信号x(t)在0～3s内的时域波形图；图4为信号x(t)进行傅里叶变换得到的频谱；图5为信号x(t)进行短时傅里叶变换得到的时频谱；图6为窗函数采用较窄窗口宽度时获取的时频谱图像；图7为窗函数采用较宽窗口宽度时获取的时频谱图像；图8为一个人进入室内的STFT图形；图9为一人从室内外出的STFT图形；图10为室内无人时的STFT图形；图11为室内有人但不运动时的STFT图形；图12为本专利技术的微波多普勒静态人体探测器的原理图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。多普勒原理简介：当无线电波在传播过程中碰到物体时会被反射，反射波的频率会随碰到物体的移动状态而改变。如果物体的位置是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特征在于，通过以下方法来实现：对微波传感器输出的信号进行时频分析，如果信号的频率变化为“高频运动信号后面跟着一个低频动作信号”，则表明有人员进入控制区；如果信号的频率变化为“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”，则表明有人员从控制区离开。

【技术特征摘要】
1.一种基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特征在于，通过以下方法来实现：对微波传感器输出的信号进行时频分析，如果信号的频率变化为“高频运动信号后面跟着一个低频动作信号”，则表明有人员进入控制区；如果信号的频率变化为“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”，则表明有人员从控制区离开。2.根据权利要求1所述的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特征在于：如果信号的频率范围为20～100Hz、功率谱密度大于1000dB/Hz，则认为其为高频运动信号；如果信号的频率范围为5～10Hz、功率谱密度大于1000dB/Hz，则认为其为低频动作信号。3.根据权利要求1或2所述的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特征在于：当根据“低频动作信号后面跟着一个高频运动信号”判断出有人员从控制区离开后，再延时T时间段，并在延时的T时间段内判断是否有功率谱密度超过Wth的动作信号存在，如果有满足条件的信号存在，则表明控制区内还有人员存在，一直输出有效的“有人”信号，如果没有满足条件的信号存在，则表明控制区内已无人存在，在延时时间T结束后输出“无人”信号；Wth的取值范围为100dB/Hz～2×104dB/Hz。4.根据权利要求1或2所述的基于时频分析的微波多普勒静态人体探测方法，其特征在于：微波传感器输出的信号采...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄程云，
申请(专利权)人：济南赛英立德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37