应用于室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法，包括：通过对收发信号进行混频滤波，获取由于人体运动引起的信号多普勒频移，对频移信号进行峰值检测；根据局部速度差补偿算法提取峰值附近区域速度差信号与补偿模板进行匹配，获取最佳匹配项，对原始信号进行校准；利用双频比相机制，对两路连续波信号进行比相操作获取移动人体距离信息；通过人体运动速度矢量结合盲点矫正模型进行运动人体的实时轨迹跟踪。与现有的用于室内人体定位的雷达技术相比，本方法提出的局部速度差补偿算法使得双频连续波雷达能利用低带宽实现高精度的人体定位，同时算法复杂度低，更适用于实时的轨迹跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域，更具体地，涉及一种室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法。
技术介绍
随着无线信号的发展，基于位置的服务(Location Based Service，简称LBS)得到广泛的应用，移动定位作为主要技术受到了广泛的关注，对于定位过程中的定位感知技术层出不穷，主要包括：射频识别技术，蓝牙技术，超声波定位感知，WIFI等。主要是通过接收信号的强度结合室内传播模型，将接收信号强度(Received Signal Strength，简称RSS)转换为距离从而实现距离的确定，这样对室内环境的要求较高，多物体的反射将直接影响接收信号的强度，产生较大误差，这对于后续处理要求高，运算复杂度高，定位精度很难保证。相较于利用接收强度测距，对于移动物体的定位基于到达时间(Time of Arrival，简称TOA)具有更好的精度与抗干扰性，所以使用连续波雷达进行室内定位也将由此提出。目前常见的使用连续波雷达实现室内定位的方法是采用调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,简称FMCW)提出使用传输时间(Time of Flight，简称TOF)进行定位，对测距能实现较高的精度且不存在模糊距离的现象，为达到较高的测距精度往往需要设备提供很大的频带宽度，需要提供达到1G以上的扫频带宽，需要专用的硬件设备作为信号收发器，由此产生信号干扰也是不可忽略的。因此出现了非调制的连续波雷达(Continuous Wave，简称CW)，其主要适用于测速，对于不同速度和距离，它都能处理没有模糊速度，这相对于脉冲多普勒雷达而言要实现这样的结果处理就会相当复杂，非调制连续波相较于调频连续波，其频带窄，设备要求低，同时杂波干扰小，在测距的同时能够获取到运动目标的速度大小与方向信息，这为后续进行人体跟踪或者行为识别提供了更多的参考，扩展性强，由此利用连续波雷达测速测距上有广泛的应用前景。然而，现有的非调制的连续波雷达也具有一些问题：首先，由于运动人体由于背景物体的干扰和人体非匀速运动，往往会产生干扰频移，由此带来的干扰频移会造成频谱的展宽，首先会导致接收信号信噪比降低，根据雷达精度公式会直接影响测距精度；其次，由于双频测距是通过峰值检测方法测距，频谱的展宽带来谱峰值的降低，增加了峰值检测的难度，在干扰速度能量较大的情况下，甚至会造成峰值误判，影响测速精度；最后，由于频谱展宽，导致单路信号峰值信号产生不同程度的相移，导致定位精度降低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法，其目的在于，保证双频的频差在适当范围即可实现，无需提升到多频条件，减少复杂度，同时针对干扰速度对频谱展宽的问题，采用局部速度差补偿算法进行频域信号校准，使用速度补偿模板对待补偿实测信号进行匹配，获取最佳干扰速度差值，校准后提高待测信号精度。结合以上两点实现了室内环境下低带宽高精度的人体定位。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种应用于室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法，包括下列步骤：(1)获取两路信号源发射并经过人体反射后得到的人体反射波信号，分别对两路人体反射波信号进行混频和滤波处理，以获取由于人体运动产生的多普勒频移信号，并对该多普勒频移信号进行峰值检测，以获取该多普勒频移信号在频域内的预估峰值；(2)根据局部速度补偿算法提取频域内的预估峰值附近的区域速度差信号与预先建立的多个速度差补偿模板进行匹配，对多个匹配结果进行峰值检测，并保存多个峰值检测结果，在这些峰值检测结果选取最大值作为最佳匹配项，并利用该最佳匹配项对多普勒频移信号进行校准；(3)利用双频比相机制对两路校准后的多普勒频移信号进行比相操作，以获取移动人体距离信息；(4)利用移动人体距离信息中的人体运动矢量获取人体运动时的实时轨迹。优选地，步骤(2)包括以下子步骤：(2-1)对步骤(1)获取的频域内的预估峰值进行局部频率细化，以获取频域内的预估峰值附近的区域速度差信号：其具体包括：(2-1-1)对步骤(1)获取的频域内的预估峰值进行局部频率细化，以获取预测峰值fd和谱线扩展量ΔN： Δ N = f Δ v T s N = 2 Δ v C T s Nf 0 ]]>其中Ts为1/fs，fs表示多普勒频移信号X(n)的采样率，N表示采样的点数，f0表示其中一路人体反射波信号的频率，Δv表示干扰速度差，c表示光速，fΔv表示由于干扰速度差造成的频移扩展量。(2-1-2)根据谱线扩展量ΔN获取频移因子的频移量fmd和频移因子Xd(n)： f m d = f s N ( k p - L 2 + 1 ) ]]> X d ( n ) = e - j 2 πf m d f s n ]]>其中kp是峰值检测获取的预估的多普勒频移信号在频域的频率点，L表示扩展域长度，n为0到L-1之间的正整数；(2-1-3)根据(2-1-2)获取的频移因子Xd(n)和频移量fmd并根据频率细化Zoom-FFT算法获取待补偿信号S(n)作为频域内的预估峰值附近的区域速度差信号：其中M表示采样的抽取比，且M＝N/L，表示峰值检测获取的预估的多普勒频移，τ表示从目标人体到信号源之间信号传输时间，且其中R表示二者之间的距离，表示其中一路人体反射波信号的初始相位；(2-2)根据干扰速度差建立速度差补偿模板，其表示为： C ( n ) = e - j 2 π 2 &Delta本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)获取两路信号源发射并经过人体反射后得到的人体反射波信号，分别对两路人体反射波信号进行混频和滤波处理，以获取由于人体运动产生的多普勒频移信号，并对该多普勒频移信号进行峰值检测，以获取该多普勒频移信号在频域内的预估峰值；(2)根据局部速度补偿算法提取频域内的预估峰值附近的区域速度差信号与预先建立的多个速度差补偿模板进行匹配，对多个匹配结果进行峰值检测，并保存多个峰值检测结果，在这些峰值检测结果选取最大值作为最佳匹配项，并利用该最佳匹配项对多普勒频移信号进行校准；(3)利用双频比相机制对两路校准后的多普勒频移信号进行比相操作，以获取移动人体距离信息；(4)利用移动人体距离信息中的人体运动矢量获取人体运动时的实时轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种应用于室内的双频连续波雷达人体定位跟踪的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)获取两路信号源发射并经过人体反射后得到的人体反射波信号，分别对两路人体反射波信号进行混频和滤波处理，以获取由于人体运动产生的多普勒频移信号，并对该多普勒频移信号进行峰值检测，以获取该多普勒频移信号在频域内的预估峰值；(2)根据局部速度补偿算法提取频域内的预估峰值附近的区域速度差信号与预先建立的多个速度差补偿模板进行匹配，对多个匹配结果进行峰值检测，并保存多个峰值检测结果，在这些峰值检测结果选取最大值作为最佳匹配项，并利用该最佳匹配项对多普勒频移信号进行校准；(3)利用双频比相机制对两路校准后的多普勒频移信号进行比相操作，以获取移动人体距离信息；(4)利用移动人体距离信息中的人体运动矢量获取人体运动时的实时轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括以下子步骤：(2-1)对步骤(1)获取的频域内的预估峰值进行局部频率细化，以获取频域内的预估峰值附近的区域速度差信号：其具体包括：(2-1-1)对步骤(1)获取的频域内的预估峰值进行局部频率细化，以获取预测峰值fd和谱线扩展量ΔN：其中Ts为1/fs，fs表示多普勒频移信号X(n)的采样率，N表示采样的点数，f0表示其中一路人体反射波信号的频率，Δv表示干扰速度差，c表示光 速，fΔv表示由于干扰速度差造成的频移扩展量。(2-1-2)根据谱线扩展量ΔN获取频移因子的频移量fmd和频移因子Xd(n)：其中kp是峰值检测获取的预估的多普勒频移信号在频域的频率点，L表示扩展域长度，n为0到L-1之间的正整数；(2-1-3)根据(2-1-2)获取的频移因子Xd(n)和频移量fmd并根据频率细化Zoom-FFT算法获取待补偿信号S(n)作为频域内的预估峰值附近的区域速度差信号：其中M表示采样的抽取比，且M＝N/L，表示峰值检测获取的预估的多普勒频移，τ表示从目标人体到信号源之间信号传输时间，且其中R表示二者之间的距离，表示其中一路人体反射波信号的初始相位；(2-2)根据干扰速度差建立速度差补偿模板，其表示为：(2-3)将步骤(2-1)获取的区域速度差信号与步骤(2-2)获取的速度差补偿模板进行匹配，具体采用以下公式；Si(k)＝FFT(S(n)Ci...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方敏，栾悉道，夏雨晴，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43