一种基于毫米波感知心脏特征的连续身份识别系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统，包括控制模块、毫米波雷达感知模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块。该系统在一定程度上避免了现有的基于生物特征的身份识别系统面临的侵犯隐私、易伪造、可用性低等问题；使用连续身份识别机制，增强了系统安全性；基于毫米波雷达的非接触式生命体征感知方法能够在保护用户隐私的条件下，采集不易被伪造或窃取的心脏运动信号，提高了识别系统的可用性。本发明专利技术具有一定的新颖性，可作为智能互联场景下的身份识别解决方案。决方案。决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波感知心脏特征的连续身份识别系统


[0001]本专利技术涉及雷达感知领域和生物特征识别领域，具体是涉及一种基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统。

技术介绍

[0002]随着社会信息化的不断推进，网络安全问题变得愈发重要，而身份识别作为其中的一个关键环节，也受到了越来越多的关注。目前常见的身份识别方法主要分为三类：基于知识、持有物以及生物特征。然而，现有的身份识别方法普遍采用一次性机制，即用户在初始登录时进行身份识别。一旦用户成功登录系统后，将不再认证用户身份，这时攻击者有可能会伪冒用户身份进入系统，从而对系统造成威胁。为了降低一次性识别系统的脆弱性，连续身份识别技术应运而生，它能够在整个登录会话期间对用户身份进行持续识别，保障系统的安全性。
[0003]身份识别的连续性已经引起了越来越多的关注。一部分研究选择了生物特征识别技术来实现连续身份识别。生物特征识别技术基于个人独特的生理或行为特征，常见的特征包括指纹、人脸、击键模式等。然而，这些技术普遍需要依赖接触式设备或需要用户主动与系统交互，例如在一定时间后扫描指纹或持续在键盘上打字，造成了用户的不便。此外，测量设备的引入会不可避免地带来测量干扰，无法反映用户无意识的生命体征。部分基于图像的方法会受到环境条件(如光照)的限制，且在私密场所(如浴室和宾馆)的部署也备受争议。同时，基于人脸和指纹等的生物识别系统容易受到伪造攻击。相比之下，心脏运动能够表征生物活性，在抵御伪造攻击方面具有极大优势，且能在一定程度上保护用户隐私。
[0004]文献“Wu G,Wang J,Zhang Y,et al.Acontinuous identity authentication scheme based on physiological and behavioral characteristics[J].Sensors,2018,18(1):179.”(参考文献1)提出了一种基于指尖传感器设备的两步认证方法，该设备可以同时采集用户的运动数据(加速度和角速度)和生理数据(光电容积信号)，在正确识别人体运动状态的基础上，集成机器学习算法进行身份认证。然而，该方法需要依靠接触式的设备，长时间佩戴势必引起用户的不适，影响了方法的可用性。
[0005]文献“Iovescu C,Rao S.The fundamentals of millimeter wave sensors[J].Texas Instruments,2017:1
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8.”(参考文献2)介绍了毫米波雷达的基本结构，同时说明了雷达测量目标距离、速度和方位角的基本原理和性能指标，表明现有的商用毫米波雷达能够测量心脏运动引起的胸腔表面振动。
[0006]文献“白雪瑞.基于毫米波雷达的人体生命体征感知方法研究[D].大连理工大学,2021.”(参考文献3)提出了一种基于毫米波雷达的人体生命体征感知方法，能够通过可视化界面展示心跳和呼吸信号波形，并提供心跳和呼吸频率的实时测量。可见，毫米波雷达在人体生命体征感知领域具有较为广泛的应用。
[0007]综上所述，现有身份识别系统的一次性识别机制会危害系统的安全性；同时，基于生物特征的身份识别系统普遍面临着侵犯隐私、易伪造、可用性低等问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的缺陷，本专利技术的旨在提供一种基于毫米波雷达的非接触式的连续身份识别系统。其中，连续身份识别机制能够增强系统安全性；基于毫米波雷达的非接触式生命体征感知方法能够在保护用户隐私的条件下，采集不易被伪造或窃取的心脏运动信号，大大提高了识别系统的可用性。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于毫米波感知心脏特征的连续身份识别系统，所述系统包括控制模块、毫米波雷达感知模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块，其中控制模块控制毫米波雷达感知模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块在登录会话期间进行持续性的无接触生命体征监测，基于心脏运动中蕴含的特异性时频特征完成连续身份识别。其中控制模块的功能为设置系统参数并控制识别的开始和终止；毫米波雷达感知模块的功能为发射线性调频连续波信号，接收识别对象胸腔表面反射的回波信号，将发射信号与回波信号处理后得到原始雷达数据，并将原始雷达数据提供给心脏运动信号提取模块；心脏运动信号提取模块的功能为从原始雷达数据中提取心脏运动信号，并将心脏运动信号提供给身份识别模块；身份识别模块的功能为利用神经网络从心脏运动信号中提取特征，基于机器学习分类器进行分类并确定识别对象的身份信息。
[0010]在连续识别过程中，首先通过控制模块设置系统参数，并向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，开始连续识别循环；在单次识别中，毫米波雷达模块获取原始雷达数据，并将其输入到心脏运动信号提取模块，经过信号处理算法得到心脏运动信号，身份识别模块基于心脏运动信号确认识别对象的身份信息，并将识别结果反馈给控制模块；控制模块在识别周期到来时自动向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，进入下一轮识别。
[0011]毫米波雷达感知模块的硬件部分包括发射天线、接收天线、晶振、模数转换器(Analog
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to
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digital Converter,ADC)、微控制单元(Microcontroller Unit,MCU)、电源组件和外围配套电路；控制模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块的硬件部分包括计算机等设备；毫米波雷达感知模块与加载控制模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块的计算机之间通过网线和micro
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USB数据线连接。
[0012]控制模块用于设置系统参数并控制识别的开始和终止，以实现连续性的身份识别。系统参数包括毫米波雷达的调频起始频率、调频斜率、调频周期、每帧调频周期数、帧周期、ADC采样率、每调频周期ADC采样点数、单次识别发射帧数和系统的识别周期。控制模块周期性地向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，并接收身份识别模块的识别结果。
[0013]毫米波雷达感知模块放置于识别对象的正前方，用于发射线性调频连续波信号，并接收识别对象胸腔表面反射的回波信号，将原始发射信号与接收到的雷达回波信号经过混频后通过低通滤波器，再经过模数转换得到原始雷达数据，并将原始雷达数据输入到心脏运动信号提取模块中。
[0014]心脏运动信号提取模块采用信号处理算法，具体包括信号选择、距离快速傅里叶变换、目标检测、矫正直流偏置、相位提取、滤波、计算相位差分/二阶导数和消除基线漂移，从原始雷达数据中提取心脏运动信号，并将心脏运动信号提供给身份识别模块。
[0015]具体信号处理过程如下：
[0016](1)信号选择：对原始多通道雷达数据进行通道选择，筛选出受噪声影响小的通道信号。
[0017](2)距离快速傅里叶变换：每一调频周期内的信号做快速傅里叶变换(FFT)，得到目标距离分布矩阵。
[0018](3)目标检测：根据目标距离分布确定待识别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统，其特征在于，所述的系统包括控制模块、毫米波雷达感知模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块，其中控制模块控制毫米波雷达感知模块、心脏运动信号提取模块和身份识别模块在登录会话期间进行持续性的无接触生命体征监测，基于心脏运动中蕴含的特异性时频特征完成连续身份识别；其中控制模块的功能为设置系统参数并控制识别的开始和终止；毫米波雷达感知模块的功能为发射线性调频连续波信号，接收识别对象胸腔表面反射的回波信号，将发射信号与回波信号处理后得到原始雷达数据，并将原始雷达数据提供给心脏运动信号提取模块；心脏运动信号提取模块的功能为从原始雷达数据中提取心脏运动信号，并将心脏运动信号提供给身份识别模块；身份识别模块的功能为利用神经网络从心脏运动信号中提取特征，基于机器学习分类器进行分类并确定识别对象的身份信息；在连续识别过程中，首先通过控制模块设置系统参数，并向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，开始连续识别循环；在单次识别中，毫米波雷达模块获取原始雷达数据，并将其输入到心脏运动信号提取模块，经过信号处理算法得到心脏运动信号，身份识别模块基于心脏运动信号确认识别对象的身份信息，并将识别结果反馈给控制模块；控制模块在识别周期到来时自动向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，进入下一轮识别。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统，其特征在于，所述控制模块设置系统参数包括毫米波雷达的调频起始频率、调频斜率、调频周期、每帧调频周期数、帧周期、模数转换器采样率、每调频周期模数转换器采样点数、单次识别发射帧数和系统的识别周期；控制模块周期性地向毫米波雷达感知模块发送识别开始的命令，并接收身份识别模块的识别结果。3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统，其特征在于，所述毫米波雷达感知模块的硬件部分包括发射天线、接收天线、晶振、模数转换器、微控制单元、电源组件和外围配套电路；毫米波雷达感知模块放置于识别对象的正前方，用于发射线性调频连续波信号，并接收识别对象胸腔表面反射的回波信号，将原始发射信号与接收到的雷达回波信号经过混频后通过低通滤波器，再经过模数转换得到原始雷达数据，并将原始雷达数据输入到心脏运动信号提取模块中。4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达感知心脏特征的连续身份识别系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴桐，林峰，唐旭升，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：