一种基于毫米波感知的无源温度监控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于毫米波感知的无源温度监控方法。包括以下步骤：胆固醇材料电子标签的毫米波感知：使用毫米波探针对胆固醇材料电子标签表面发射调频连续波，毫米波探针将接收的调频连续波的周期性线性调频信号转化为中频信号，将中频信号进行快速傅里叶变换和运动补偿得到胆固醇材料电子标签的位移信息；温度特征提取：从距离多普勒矩阵中提取调频特征以及调频细节特征；将提取的调频特征输入细粒度认证模型中得到通过胆固醇材料分子排列感知的温度信息。本发明专利技术实现了无源温度监控系统，不但可以用无源的方式获取单点温度和热成像图，而且可以方便的迁移到智能手机等移动设备的无线感知模组中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波感知的无源温度监控方法
本专利技术涉及无线
，具体涉及一种基于毫米波感知的无源温度监控方法。
技术介绍
由于传统温度传感系统通常基于热电效应，无线的温度传感器通常需要配备电池或能量采集设备，以此达到无限温度感应和监控。由于电子设备技术的发展，无线温度传感器在全世界电子设备普遍存在。而传感器的输出通常只有单点温度，限制了更多方面的温度信息资源。无线
的毫米波感知可以达到无源的温度监控系统，并可以在同时实现单点温度和热成像图输出。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种基于毫米波(millimeterwave，mmWave)感知的无源温度监控方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于毫米波感知的无源温度监控方法包括以下步骤：步骤一：使用高精度的毫米波探针对胆固醇材料电子标签表面发射调频连续波(FMCW)，这种感知是非接触式的，然后接收胆固醇材料电子标签反射的带有胆固醇材料分子排列信息的调频连续波；毫米波探针将接收的调频连续波的周期性线性调频信号转化为中频(IF)信号，将中频信号进行快速傅里叶变换和运动补偿得到胆固醇材料电子标签的位移信息；所述步骤一中的胆固醇材料电子标签为由胆固醇材料制作的基于薄膜的温度传感器。所述步骤一中的根据中频信号得到胆固醇材料电子标签位移信息的具体过程为：1.1)设一个线性调频周期为Tr，根据中频信号获得第m个线性调频周期的胆固醇材料电子标签位移d(mTr)，具体计算公式为：>其中，m为线性调频周期的编号，m＝0,1,2…,M-1；M为线性调频周期的数量；f0是载波频率；Δψm是对第m个线性调频周期的中频信号进行快速傅里叶变换(FFT)后的结果；从而得到M个线性调频周期的胆固醇材料传感器位移；Δψm包含有第m个线性调频周期的距离信息。1.2)胆固醇材料电子标签载体的随机运动是影响获取准确的胆固醇分子排列数据的主要障碍，当电子标签运动幅度大于范围轮廓分辨率的一半时，将很难准确的计算出Δψm，为了避免胆固醇材料载体的随机运动对步骤1.1)结果的干扰，通过平移变化对步骤1.1)获得的M个线性调频周期的胆固醇材料电子标签位移进行运动补偿，即对M个线性调频周期的距离信息进行校准：定义Sm(l)为步骤1.1)获取的第m个线性调频周期的距离信息，为校准后的第m个线性调频周期的距离信息；其中，l＝0,1,2,..,L-1，L为第m个线性调频周期内采样点的数量，l为采样点的编号；定义Qm(l)为第m个线性调频周期的相对距离信息，具体为：其中，Qm-1(l)为第m-1个线性调频周期的相对距离信息；所述相对距离信息Qm(l)为校准后的距离信息与步骤1.1)获取的距离信息Sm(l)之间的相对距离。定义Xm为Sm(l)的平移距离，为最优平移距离，根据相对距离信息Qm(l)计算最优平移距离最优平移距离通过最大化下列公式得到：其中，Sm-1(l-Xm)表示第m-1个线性调频周期平移后的距离信息；第m个线性调频周期校准后的距离信息为：其中，j为单位复数，Δ是向量[0,1,…,L-1]；根据第m个线性调频周期校准后的距离信息得到M个线性调频周期校准后的距离信息，M个线性调频周期校准后的距离信息即为运动补偿后的胆固醇材料电子标签位移信息。步骤二：杂波抑制处理：将步骤一中多个线性调频周期的中频信号快速傅里叶变换后的结果进行第二次快速傅里叶变换得到距离多普勒矩阵，通过更新距离多普勒矩阵完成背景杂波的分离和动态杂波的去除；所述步骤二具体为：2.1)分离背景杂波：我们将背景杂波看作是由大量小物体影响产生的，这些背景杂波的振幅和相位都是随机的，但他们的频谱包络a遵循韦伯分布：因此他们可以用如下方法进行杂波分离。将步骤1中M个线性调频周期校准后的距离信息进行第二次快速傅里叶变换得到距离多普勒矩阵(RDM)，然后对距离多普勒矩阵进行对数正则化；将设定的杂波分离率代入杂波分离率的定义公式中计算阈值μ0，杂波的分离率通过人为设定，杂波的分离率定义公式为：其中，γ是欧拉常数，pc为杂波分离率；定义弹性矩阵弹性矩阵中每个元素定义如下：其中，代表距离多普勒矩阵，为弹性矩阵中第i行的第j个元素，Rij为距离多普勒矩阵中第i行第j个元素，为无偏估计，对距离多普勒矩阵进行更新，从而完成背景杂波分离，更新的具体过程如下：J为01矩阵，为哈达玛积，sgn是符号函数。2.2)去除调频连续波探测到的动态障碍物引起的动态杂波：由于动态杂波不遵循韦伯分布，上述步骤无法去除这些动态杂波。本专利技术使用跨越多个RDM的信息来消除动态杂波。持续发射调频连续波，得到n个连续的距离多普勒矩阵，每个距离多普勒矩阵包含M个线性调频周期，计算障碍物在多个距离多普勒矩阵中的平均移动速度，将平均移动速度大于距离轮廓分辨率ΔRES的障碍物对应的值从距离多普勒矩阵中移除，进而实现对动态杂波的去除。障碍物对应的值为障碍物的移动速度。步骤三，温度特征提取：从步骤二去除杂波后的距离多普勒矩阵中提取描述胆固醇材料分子排列及对应温度信息的调频特征以及调频细节特征；3.1)胆固醇材料调频细节特征提取：调频信号代表了胆固醇材料电子标签的分子排列，以及相关的几何参数。胆固醇材料分子排列包含有实时温度信息，。使用残余相位倒谱系数(residualphaseCepstrumcoefficients,RPCC)表示潜在激励波形的相位信息。使用Teager相位倒谱系数(Teagerphasecepstrumcoefficients,TPCC)来衡量胆固醇材料分子排列对应的温度信息的频谱幅度特征。3.2)胆固醇材料调频特征提取：本专利技术使用的胆固醇材料电子标签调频特征包括频谱特征(例如质心、能带、波峰、平坦度和熵)，梅尔频率倒谱系数(Melfrequencycepstralcoefficients,MFCC)，线性预测系数(LPC)，线性预测倒谱系数(LPCC)和线频谱频率(LSP)。步骤四：构建细粒度认证模型，将步骤三中提取的调频特征以及调频细节特征输入细粒度认证模型中得到通过胆固醇材料分子排列感知的温度信息所述步骤四中的细粒度认证模型包括基于费舍尔分(FisherScore)的特征选择模块和温度感知的集成分类器；1)基于费舍尔分的特征选择模块的具体功能为：使用割平面算法选择原始特征中费舍尔分最大的特征子集；所述原始特征为步骤三中提取的调频特征以及调频细节特征；2)集成分类器由三种模型高斯混合模型-通用背景模型、支持向量机和隐马尔可夫模型的算法融合得到；集成分类器的具体功能为：将原始特征中费舍尔分最大的特征子集输入集成分类器，使用回归模型对集成分类器的三种模型的权重进行调整，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波感知的无源温度监控方法，包括以下步骤：/n步骤一，胆固醇材料电子标签的毫米波感知/n使用毫米波探针对胆固醇材料电子标签表面发射调频连续波，然后接收胆固醇材料电子标签反射的带有胆固醇材料分子排列信息的调频连续波；毫米波探针将接收的调频连续波的周期性线性调频信号转化为中频信号，将中频信号进行快速傅里叶变换和运动补偿得到胆固醇材料电子标签的位移信息；/n步骤二，杂波抑制处理：/n将步骤一中多个线性调频周期的中频信号快速傅里叶变换后的结果进行第二次快速傅里叶变换得到距离多普勒矩阵，通过更新距离多普勒矩阵完成背景杂波的分离和动态杂波的去除；/n步骤三，温度特征提取：从步骤二去除杂波后的距离多普勒矩阵中提取描述胆固醇材料分子排列及对应温度信息的调频特征以及调频细节特征；/n步骤四，温度感知：/n构建细粒度认证模型，将步骤三中提取的调频特征以及调频细节特征输入细粒度认证模型中得到通过胆固醇材料分子排列感知的温度信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波感知的无源温度监控方法，包括以下步骤：
步骤一，胆固醇材料电子标签的毫米波感知
使用毫米波探针对胆固醇材料电子标签表面发射调频连续波，然后接收胆固醇材料电子标签反射的带有胆固醇材料分子排列信息的调频连续波；毫米波探针将接收的调频连续波的周期性线性调频信号转化为中频信号，将中频信号进行快速傅里叶变换和运动补偿得到胆固醇材料电子标签的位移信息；
步骤二，杂波抑制处理：
将步骤一中多个线性调频周期的中频信号快速傅里叶变换后的结果进行第二次快速傅里叶变换得到距离多普勒矩阵，通过更新距离多普勒矩阵完成背景杂波的分离和动态杂波的去除；
步骤三，温度特征提取：从步骤二去除杂波后的距离多普勒矩阵中提取描述胆固醇材料分子排列及对应温度信息的调频特征以及调频细节特征；
步骤四，温度感知：
构建细粒度认证模型，将步骤三中提取的调频特征以及调频细节特征输入细粒度认证模型中得到通过胆固醇材料分子排列感知的温度信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波感知的无源温度监控方法，其特征在于，所述步骤一中的胆固醇材料电子标签为由胆固醇材料制作的基于薄膜的温度传感器。


3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波感知的无源温度监控方法，其特征在于，所述步骤一中，根据中频信号得到胆固醇材料电子标签位移信息的具体过程为：
1.1)设一个线性调频周期为Tr，根据中频信号获得第m个线性调频周期的胆固醇材料电子标签位移d(mTr)，具体计算公式为：



其中，m为线性调频周期的编号，m＝0,1,2…,M-1；M为线性调频周期的数量；f0是载波频率；Δψm是对第m个线性调频周期的中频信号进行快速傅里叶变换后的结果；
从而得到M个线性调频周期的胆固醇材料电子标签位移；
1.2)为了避免胆固醇材料电子标签载体的随机运动对步骤1.1)结果的干扰，通过平移变化对步骤1.1)获得的M个线性调频周期的胆固醇材料电子标签位移进行运动补偿，即对M个线性调频周期的距离信息进行校准：
定义Sm(l)为步骤1.1)获取的第m个线性调频周期的距离信息，为校准后的第m个线性调频周期的距离信息；
其中，l＝0,1,2,..,L-1，L为第m个线性调频周期内采样点的数量，l为采样点的编号；
定义Qm(l)为第m个线性调频周期的相对距离信息，具体为：



其中，Qm-1(l)为第m-1个线性调频周期的相对距离信息；
定义Xm为Sm(l)的平移距离，为最优平移距离，根据相对距离信息Qm(l)计算最优平移距离最优平移距离通过最大化下列公式得到：



其中，Sm-1(l-Xm)表示第m-1个线性调频周期平移后的距离信息；
第m个线性调频周期校准后的距离信息为：



其中，j为单位复数，Δ是向量[0,1,…,L-1]；...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文曜，林峰，李勤，李正雄，陈百成，
申请(专利权)人：杭州环木信息科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33