基于毫米波雷达的人体感知方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于毫米波雷达的人体感知方法及其系统，该方法是通过控制雷达模块发射雷达信号并接收回波信号，通过对回波信号做第一次离散傅里叶变换判别运动信息目标是否存在，可从检测到的运动信息中获取目标的速度、方向和强度等信息；再对累积频域数据进行第二次离散傅里叶变换判别生理信息目标是否存在，可从存在的生理信息中获得目标的呼吸平静还是缓慢，将运动信息和生理信息相结合可判断出当前环境的人员是否存在以及人员状态，形成一种家居环境下的人员状态感知方法。本发明专利技术具有实现简单、灵敏度高、环境适应能力强等优点，为智能家居、安防等领域的人体非接触式感知提供新方法。

Human Perception Method and System Based on Millimeter Wave Radar

【技术实现步骤摘要】
基于毫米波雷达的人体感知方法及其系统
本专利技术涉及居家环境下的生物信号检测领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的人体感知方法及其系统。
技术介绍
随着科技技术的快速发展，智能家居已经深入至普通家庭。智能家居中的设备大多都是感知设备周围人员分布情况然后执行相应操作。目前，比较主流的实现感知周围人员分布的传感器包括红外传感器、微波传感器和电场传感器。红外传感器是应用非常广泛的人体传感器之一，可以实现高灵敏度的运动人体感知和静止人体感知，但是由于居家环境中常有热源、冷热风吹动等，会造成红外传感器错误感知现象，且误报率较高。微波传感器是基于多普勒原理实现对运动物体的感知，能较好的分辨运动人体特征，但是针对静止人员、飘动中的窗帘或其他物体难以分辨，容易造成误检或漏检。电场传感器是通过分布电容的微小变化来得到周围电场信息实现对人体感知，由于人体电场分布离散性较大，使电场传感器的可靠性及探测距离相对较弱。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种检测灵敏度高且同时对运动人员和静止人员均能准确感知的基于毫米波雷达的人体感知方法及其系统。本专利技术的目的是提供一种基于毫米波雷达的人体感知方法通过以下技术方案实现的：一种基于毫米波雷达的人体感知方法，包括如下步骤：(1)通过雷达发射雷达信号，并接收雷达回波后解析得到回波信号；(2)取M个回波信号得到样本序列{X}，样本序列{X}中包含目标多普勒信息和微多普勒信息；(3)对样本序列{X}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域序列{XF}；(4)频域序列{XF}在指定频域范围{FM}内获取最大值XFmax；并将最大值XFmax与设置的阈值XTH进行比较，若XFmax≥XTH，则有运动信息目标，并获取运动信息；反之则没有运动信息目标；(5)从频域序列{XF}中获取第一个数据XF0，填充到数据序列{Y}中，连续填充N个数据；(6)对数据序列{Y}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域数据序列{YF}；(7)频域序列{YF}在指定频域范围{FB}内获取最大值YFmax；并将最大值YFmax与设置的阈值YTH进行比较，若YFmax≥YTH，则有生理信息目标，并获取生理信息；反之则没有生理信息目标；(8)结合运动信息目标和生理目标信息判断当前环境中是否人员存在以及人员状态。进一步地，步骤(1)中所述雷达信号采用单频连续雷达信号。进一步地，步骤(4)中所述指定频域范围{FM}为-1.6KHz～+1.6KHz；所述运动信息包括速度、方向和强度，所述运动信息是通过公式(Ⅰ)计算得出：fd＝2.vd/c×f0(Ⅰ)式中，fd为XFmax对应频率值，vd为目标运动速度，c为光速，f0为雷达发射信号频率。进一步地，步骤(7)中所述指定频域范围{FB}为0.2Hz～0.5Hz；所述生理信息为人体呼吸信息，其呼吸运动反映在雷达回波信号的表达式为公式(II)，从而得到呼吸信号频率与雷达回波信号频率调制频率一致：式中，S(t)为雷达回波信号，A为回波信号幅度，为回波信号瞬时相位，x(t)为呼吸引起的胸壁运动。本专利技术还一目的在于提供一种一种基于毫米波雷达的人体感知系统，包括雷达模块和信息处理模块，所述雷达模块用于发送发射雷达信号并接收回波后解析得到回波信号，所述信息处理模块用于控制电磁波信号的产生、发射以及接收回波信号和回波信号的处理后得出运动信息目标和生理信息目标，根据运动信息目标和生理信息目标获得是人员以及人员状态。进一步地，所述雷达模块包括射频通道、以及与射频通道连接的发射天线和接收天线，所述射频通道内设有压控振荡器、功率放大器、低噪声放大器、混频器和滤波模块，压控振荡器分别与功率放大器和混频器连接，功率放大器与发射天线连接，混频器还分别与低噪声放大器和滤波模块连接，低噪声放大器与接收天线连接，滤波模块和信息处理模块连接。进一步地，所述信息处理模块包括依次连接的ADC单元、信号处理单元、主控单元和发射信号控制单元，所述ADC单元和滤波模块连接，发射信号控制单元与压控模块连接。进一步地，所述信号处理单元包括获取运动信息目标和生理信息目标，获取运动信息目标是指先取M个回波信号得到样本序列{X}，样本序列{X}中包含目标多普勒信息和微多普勒信息；再对样本序列{X}做归一化处理后，再做离散傅里叶变换得到频域序列{XF}；最后频域序列{XF}在频域范围内获取最大值XFmax；并将最大值XFmax与设置的阈值XTH进行比较，若XFmax≥XTH，则有运动信息目标，反之则没有运动信息目标；获取生理信息目标是指先从频域序列{XF}中获取第一个数据XF0，填充到数据序列{Y}中，连续填充N个数据；；然后对数据序列{Y}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域数据序列{YF}；最后频域序列{YF}在频域范围内获取最大值YFmax；并将最大值YFmax与设置的阈值YTH进行比较，若YFmax≥YTH，则有生理信息目标，反之则没有生理信息目标。进一步地，所述发射天线和接收天线均包括1个。本专利技术具有以下有益效果：(1)采用单频连续的毫米波雷达信号检测室内的多普勒信号(运动信息)和微多普勒信号(生理信息)，以实现运动目标检测和生理目标检测，从而实现人员和人员状态感知；(2)通过对多组回波信号先归一化处理后再离散傅里叶变换后进行频域检测，实现运动目标及运动状态(速度、方向)感知；(3)对多组第一次离散傅里叶变换后的频域数据先归一化处理后再离散傅里叶变换后进行频域检测，实现生理目标及生理状态(平静、急促)感知；(4)发射功率小、系统成本低、结构简单。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。图2为本专利技术运动目标感知示意图。图3为本专利技术生理目标感知示意图。图4为本专利技术系统的结构示意图。图5为本专利技术运动信息目标波形图。图6为本专利技术生理信息目标波形图。图中标记：10、信号处理模块；11、主控单元；12、发射信号控制单元；13、ADC单元；14、信息处理单元；20、射频通道；21、压控振荡器；22、功率放大器；23、低噪声放大器；24、混频器；25、滤波模块；31、发射天线；32、接收天线。具体实施方式实施例1如图1～3所示，本实施例提供了基于毫米波雷达的人体感知方法包括如下步骤：(1)通过雷达发射雷达信号，并接收回波后解析得到回波信号；所述雷达信号通过雷达模块以及与雷达模块连接的发射天线发射的，所述雷达信号为24GHz单频连续的毫米波信号，单频连续的毫米波信号对于运动目标具有良好的探测灵敏度，接收处理增益高，具备良好的穿透能力，保证对多种家居环境下人体目标的信息获取能力。所述回波信号是通过与雷达模块连接的接收天线接收，回波信号是雷达信号遇到人员或者其他移动物体产生的反射波信号。家居环境下人体运动速度范围约为1m/s～10m/s，且运动幅度远大于认人体呼吸所带来的胸壁运动，人体呼吸运动的频率为0.2Hz～0.5Hz，运动幅度相对较小。雷达回波信号被接收天线接收后需做解调滤波处理，得到含有多普勒信号(运动信息)和微多普勒信息(生理信息)的回波信号；所述发射天线和接收天线采用相同配置的天线，雷达参数配置见表1。表1雷达参数配置(2)取M个回波信号得到样本序列{X}，样本序列{X}中包含目标多普勒信息和微多普勒信息；M为1024、2028或者其他，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波雷达的人体感知方法，其特征在于包括如下步骤：(1)通过雷达发射雷达信号，并接收雷达回波后解析得到回波信号；(2)取M个回波信号得到样本序列{X}，样本序列{X}中包含目标多普勒信息和微多普勒信息；(3)对样本序列{X}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域序列{XF}；(4)频域序列{XF}在指定频域范围{FM}内获取最大值XF

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的人体感知方法，其特征在于包括如下步骤：(1)通过雷达发射雷达信号，并接收雷达回波后解析得到回波信号；(2)取M个回波信号得到样本序列{X}，样本序列{X}中包含目标多普勒信息和微多普勒信息；(3)对样本序列{X}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域序列{XF}；(4)频域序列{XF}在指定频域范围{FM}内获取最大值XFmax；并将最大值XFmax与设置的阈值XTH进行比较，若XFmax≥XTH，则有运动信息目标，并获取运动信息；反之则没有运动信息目标；(5)从频域序列{XF}中获取第一个数据XF0，填充到数据序列{Y}中，连续填充N个数据；(6)对数据序列{Y}做归一化处理后再做离散傅里叶变换得到频域数据序列{YF}；(7)频域序列{YF}在指定频域范围{FB}内获取最大值YFmax；并将最大值YFmax与设置的阈值YTH进行比较，若YFmax≥YTH，则有生理信息目标，并获取生理信息；反之则没有生理信息目标；(8)结合运动信息目标和生理目标信息判断当前环境中是否人员存在以及人员状态。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的人体感知方法，其特征在于：步骤(1)中所述雷达信号采用单频连续雷达信号。3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的人体感知方法，其特征在于：步骤(4)中所述指定频域范围{FM}为-1.6KHz～+1.6KHz；所述运动信息包括速度、方向和强度，所述运动信息是通过公式(Ⅰ)计算得出：fd＝2.vd/c×f0(Ⅰ)式中，fd为XFmax对应频率值，vd为目标运动速度，c为光速，f0为雷达发射信号频率。4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的人体感知方法，其特征在于：步骤(7)中所述指定频域范围{FB}为0.2Hz～0.5Hz；所述生理信息为人体呼吸信息，其呼吸运动反映在雷达回波信号的表达式为公式(II)，从而得到呼吸信号频率与雷达回波信号频率调制频率一致：式中，S(t)为雷达回波信号，A为回波信号幅度，为回波信号瞬时相位，x(t)为呼吸引起的胸壁运动。5.一种基于毫米波雷达的人体感知系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜东平，唐黎，张国鹏，
申请(专利权)人：成都宋元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51