用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统及方法。系统包括信号发生单元，信号采集单元与控制单元。信号发生单元发射一路雷达波形；信号采集单元通过多路天线接收雷达回波并获取数字信号；通过短时傅里叶变换提取回波信号频率特征；通过滤波器组分离信号；通过多普勒信号数字波束形成获取目标方位；通过微多普勒成像实现活动人体目标的微多普勒特征检测与定位。本发明专利技术将分离出的活动人体微多普勒信号按照不同频率进行波束形成算法计算，避免采集载波信号，降低模数转换需要的采样频率。本发明专利技术不仅实现微多普勒信号的频率特征提取，同时实现微多普勒信号的空间特征提取，提高了活动人体微多普勒特征在不同维度的分离效果。不同维度的分离效果。不同维度的分离效果。

【技术实现步骤摘要】
用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统及方法


[0001]本专利技术应用于消防救援与反恐等领域的穿墙雷达，特别涉及了一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统及方法。

技术介绍

[0002]捕捉人体行走方式的步态识别被认为是远距离智能监控领域最具潜力的生物识别方法。现有的步态识别方法通常使用单个传感器，例如相机、可穿戴传感器和雷达。已经进行了大量的研究并取得了一些成果。一些研究发现，可以通过人体不同部位产生的多普勒效应来识别人类。因此，提出将雷达步态特征提取与多普勒信号波束形成相结合，不仅可以提取特征，还可以检测特征的位置。
[0003]穿墙雷达已用于消防救援活动与反恐等领域中，其特点在于可以穿过混泥土墙获取人体信息。人体的所有摆动部位，如手臂和腿，都会产生多普勒效应。实验中使用了许多人体模型。这些模型将人体分成几个刚性部分。躯干可以代表整个人的运动。其他部位的运动可以认为是身体周围的相对摆动运动。可以将下手臂运动和小腿运动分别视为时变函数中关于肘关节和膝关节的摆动运动。足部运动可以被认为是随时间变化的函数相对于脚踝的摆动运动。短时傅里叶变换(STFT)可以分离将上述运动产生的多普勒频移提取出来。已有方法可以获取人体目标，但对于人体特征的提取效果不足，尤其是无法实现对特定特征的定位。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提出的问题，本专利技术提出一种活动人体微多普勒特征检测与定位系统及方法，能实现活动人体的实时检测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统，包括信号发生单元、信号采集单元和控制单元；所述信号发生单元包括信号发生器、功分器、信号放大器与一路贴片天线。所述信号采集单元包括多路，每一路包括贴片天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、数模转换器。多路贴片天线置于同一印刷电路板，贴片天线等距呈正方形阵列排列，间距为发射波形波长的一半。所述控制单元包括硬件控制算法与信号处理算法；所述硬件控制算法包括信号发生单元控制模块，信号采集单元控制模块，信号存储控制模块，所述信号处理算法包括短时傅里叶变换模块、滤波器组模块、多普勒信号波束形成模块和微多普勒成像模块，其中短时傅里叶变换模块负责将采集的信号分块进行傅里叶变换，滤波器组模块将不同频率波形分离，多普勒信号波束形成模块将波束形成算法应用于分离出的不同频率的波形，微多普勒成像模块将波束形成结果按频率叠加获得最终特征图像。
[0007]基于上述系统的一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：信号发生单元发射一路信号，信号采集单元的多路通道分别通过低通滤波器后模数转换获取微多普勒信号；控制单元将采集的信号存储于存储器；
[0009]步骤2：短时傅里叶变换模块将回波数据划分为块，对每一块数据进行傅里叶变换，即为该数据块对应时间微多普勒信号的频率特征，每一块的傅里叶变换按Y轴排列，当X轴为块的序号时，得到微多普勒信号特征图；
[0010]步骤3：滤波器组模块按照步骤2获取的频率特征将从预设的滤波器组中选择合适的滤波器组，通过滤波器组的每个滤波器分离出对应频率的微多普勒信号；
[0011]步骤4：多普勒信号波束形成模块分别对不同频率的多普勒信号进行波束形成计算，获取每个频率的波束形成结果图；
[0012]步骤5：将不同频率的多普勒波束形成算法结果图相加，实现活动人体目标的微多普勒成像。
[0013]进一步的，将步骤2中获取的活动人体微多普勒信号的短时傅里叶变换结果的特征图应用于步骤3滤波器组的选择，如果傅里叶变换后该频率的幅度值达不到阈值，则该频率相应的滤波器不被选择，达到阈值则该频率相应的滤波器被选择，阈值的选择取各频率幅度值的中位值。
[0014]进一步的，步骤4的方法基于步骤3分离的窄带活动人体微多普勒信号按照每个频率进行波束形成算法计算，从而避免了采集载波信号，降低了模数转换需要的采样频率。如果载波频率为fc，分离的窄带多普勒信号为fd，需对波束形成的结果的坐标轴分别乘以系数(fc+fd)/fd以校正。
[0015]有益效果：1、本专利技术将分离出的活动人体微多普勒信号按照每个频率进行波束形成算法计算，避免了采集载波信号，降低了模数转换需要的采样频率。
[0016]2、本专利技术不仅实现了微多普勒信号的频率特征提取，同时实现了微多普勒信号的空间特征提取，提高了活动人体微多普勒特征在不同维度的分离效果。
附图说明
[0017]图1为本系统框图；
[0018]图2为方法步骤；
[0019]图3为活动人体目标单通道微多普勒检测示意图；
[0020]图4为检测与定位结果成像图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图及实施例对本专利技术再作进一步详细的说明。
[0022]如图1所示，本专利技术的用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统包括信号发生单元、信号采集单元和控制单元。信号发生单元包括信号发生器、功分器、信号放大器与一路贴片天线。信号采集单元包括多路，每一路包括贴片天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、数模转换器。多路贴片天线置于同一印刷电路板，贴片天线等距呈正方形阵列排列，间距为发射波形波长的一半。控制单元包括硬件控制算法与信号处理算法。硬件控制算法包括信号发生单元控制模块，信号采集单元控制模块，信号存储控制模块。信号处理算法包括短时傅里叶变换模块、滤波器组模块、多普勒信号波束形成模块和微多普勒
成像模块，其中短时傅里叶变换模块负责将采集的信号分块进行傅里叶变换，滤波器组模块将不同频率波形分离，多普勒信号波束形成模块将波束形成算法应用于分离出的不同频率的波形，微多普勒成像模块将波束形成结果按频率叠加获得最终特征图像。
[0023]基于上述系统的活动人体微多普勒特征检测与定位方法，包括如下步骤：
[0024]步骤1：控制单元控制信号发生器产生一路信号，信号通过功分器后一路信号传输至信号放大器，其他多路传输至信号采集单元的混频器，每一路采集通道接收一路功分信号，信号放大器接收一路信号并放大后通过贴片天线发射信号，发射信号指向待检测目标方向；信号采集单元的每一路通道通过天线接收信号，通过低噪声放大器放大信号，混频后通过低通滤波器滤波，通过模数转换器采集回波的数字信号，将数字信号传输于控制单元，控制单元将采集的信号存储于存储器。
[0025]步骤2：短时傅里叶变换模块实现信号在设定的每一小段时间内频率特征的提取。把整个时域过程分解成无数个等长的小过程，每个小过程近似平稳，再进行傅里叶变换。具体而言，将采集的数字回波信号数据根据时间序列划分为等数量的小块，对每一块数据进行傅里叶变换，即为该数据块对应时间的微多普勒信号的频率特征；每一小块的傅里叶变换的结果按Y轴排列，即Y轴为频率，颜色为幅度值，颜色越红代表幅度值越大，越蓝代表幅度值越小，X轴为块的序号，可得到如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统，其特征在于，包括信号发生单元、信号采集单元和控制单元；所述信号发生单元用于发射雷达信号；所述信号采集单元用于采集微多普勒信号；所述控制单元包括存储器与信号处理算法；所述信号处理算法包括短时傅里叶变换模块、滤波器组模块、多普勒信号波束形成模块和微多普勒成像模块，其中短时傅里叶变换模块负责将采集的信号分块进行傅里叶变换，滤波器组模块将不同频率波形分离，多普勒信号波束形成模块将波束形成算法应用于分离出的不同频率的波形，微多普勒成像模块将波束形成结果按频率叠加获得最终特征图像。2.根据权利要求1所述的一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统，其特征在于，所述信号发生单元包括信号发生器、功分器、信号放大器与一路贴片天线。3.根据权利要求1所述的一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统，其特征在于，所述信号采集单元包括多路，每一路包括贴片天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、数模转换器。4.根据权利要求3所述的一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒特征检测与定位系统，其特征在于，多路贴片天线置于同一印刷电路板，贴片天线等距呈正方形阵列排列，间距为发射波形波长的一半。5.基于权利要求1
‑
4任一所述系统的一种用于穿墙雷达的活动人体微多普勒...

【专利技术属性】
技术研发人员：施佳佳，胡庚松，张骥，施佺，储柳，许致火，张永伟，王战将，
申请(专利权)人：南通市消防救援支队，
类型：发明
国别省市：