CN102298145A - 具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，包括伪随机编码调相微波信号产生模块、连续波功率放大模块、环行器、收发天线、放大混频接收通道、多通道伪随机编码相关器、信号处理器、数据处理与显示终端。本发明采用带有伪随机编码调相的连续波收发信机作为人体步态特征信号的提取装置，利用了伪随机编码良好的相关性可以实现对一定距离外多个行人同时进行步态特征测量与提取，本装置构建的特征提取为多人同时可靠身份识别打下了良好的基础。

Description

具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置
技术领域：
本发明涉及一种具有同时对多人的行走步态特征进行测量和提取技术和装置，可以应用于对重点区域中多人的同时监视和可疑人物的检测。
背景技术：
通过人体行走步态进行人体识别是近年来国内外开展的新型生物识别技术。人体行走过程中挥动手臂、摆动腿脚产生人体移动，不同的人具有不同的行走习惯和行走速度，因而通过检测人体行走过程中手臂、躯干、腿脚的速度和加速度变化并提取变化参数特征可以为进一步识别人体奠定基础。当前国内外研究采用单频连续波雷达实现对人体步态特征的提取，当人体各部分相对雷达发生了距离变化，因此雷达照射人体时，行走人体的躯干、手臂、腿的运动产生的雷达回波包含了由于运动变化率产生的微细多普勒频率变化特征。这些微细多普勒频率特征反映了人体步态特征。由于采用了单频连续波雷达，当在不同距离上有多个人体行走时，就会产生多个人体回波的叠加，进而造成回波的多普勒频谱的重叠和相互干扰，因而严重影响对人体行走特征的提取。
而在日常生活中，当应用单频连续波雷达来照射较远距离行走人体环境时，很大的可能会出现多人都在雷达的照射范围内，这样会导致当前的步态特征提取技术失效。
发明内容：
本发明的目的在于针对采用单频连续波雷达测量和提取人体行走步态特征存在的问题，提出了具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，该装置利用伪随机编码的良好的自相关特性实现对不同距离的人的区分和测量，从而实现了在一定距离下同时对多人行走步态特征的测量和提取。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种具有同时对多人的行走步态特征进行测量和提取技术和装置，其特征在于：包括伪随机编码调相微波信号产生模块、连续波功率放大模块、环行器、收发天线、放大混频接收通道、多通道伪随机编码相关器、信号处理器、数据处理与显示终端；伪随机编码调相的微波信号产生模块与连续波功率放大模块相连接，连续波功率放大模块连接环行器将微波信号发送到收发天线，并通过天线发送出去，同时收发天线接收来自目标的反射回波，通过环行器送入放大混频接收通道，放大混频接收通道的输出连接多通道伪随机编码相关器，多通道伪随机编码相关器的多路输出送入并行信号处理器，信号处理器将模拟信号转换为数字信号并进行数字滤波和时频处理，经处理后的数字信号与数据处理与显示终端连接。
上述伪随机编码调相微波信号产生模块由时序控制电路、伪随机编码发生电路、晶振时钟电路、高稳定微波信号源、功率耦合器、0/π调制器、滤波及放大构成；其中端口3与时序控制电路相连接，时序控制电路与伪随机编码发生器相连接、晶振时钟电路与伪随机编码发生器相连接，伪随机编码发生器输出两路信号，其中一路连接0/π调制器，另一路连接端口4，高稳定微波信号源与功率耦合器相连接，功率耦合器输出分为两路，其中一路与0/π调制器相连接，另一路连接端口1，0/π调制器与滤波及放大相连接，滤波及放大与端口2相连接。
上述放大混频接收通道模块由低噪声放大器、双平衡正交混频器、宽带低通滤波器、低频放大器以及电源模块组成；其中低噪声放大器与双平衡正交混频器相连，双平衡正交混频器与低通滤波器相连，低通滤波器与低频放大器连接。
上述多通道伪随机编码相关器由视频放大器、视频分路器、多路伪随机码相关器、滤波及放大器、伪随机编码移位电路构成；其中端口6与视频放大器相连接，视频放大器与视频分路器相连接，视频分路器将信号分为多路分别与各路伪随机码相关器相连接，伪随机码相关器与滤波及放大器相连接，多路滤波及放大器的输出连接到端口5；端口7与伪随机编码移位电路相连接，端口8与伪随机编码移位电路相连接，伪随机编码移位电路输出多路伪随机编码移位信号分别与多路伪随机编码相关器相连接。
上述信号处理器由多路输入开关、模数转换电路、晶振时钟、数字信号处理器构成；其中端口9与多路输入开关相连接，多路输入开关与模数转换电路相连接，模数转换电路与数字信号处理器相连接，数字信号处理器与端口0、端口11、端口12相连接，晶振时钟与模数转换电路相连接，数字信号处理器与多路输入开关相连接。其中数字信号处理器实现的数据处理器实现时频频谱分析、目标步态特征检测、步态特征参数提取等功能，并且送入基于数据存贮设备以及送入计算机进行特征数据显示。
本发明的优点是：本发明采用带有伪随机编码0/π调相的连续波收发信机作为人体步态特征信号的提取装置，伪随机编码发射信号具有良好的距离相关特性，可以用来区分不同距离的人员，因而可以实现对一定距离外多个行走人体同时进行步态特征测量与提取，本装置构建的特征提取为多人同时可靠身份识别打下了良好的基础。
本发明的工作过程是：
将具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置根据监视环境的要求装配在能够使收发天线覆盖主要检测区域，监视来往行走人员。具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置中伪随机编码发生器产生伪随机编码信号，伪随机编码信号的产生时序受信号处理器的控制，伪随机编码码钟由晶振时钟电路提供，为了实现较高的距离区分能力，可以采用高频晶体时钟。产生的伪随机编码信号对高稳定微波信号源的输出信号进行0/π调相形成伪随机编码调相发射信号，经过连续波功率放大模块经过环行器通过天线辐射出去，当辐射的电磁波遇到行走的人体时产生反射回波，反射回波被天线接收经过环行器送入放大混频接收通道模块对微弱的回波信号进行低噪声放大下变频成为视频信号并进行滤波放大，不同距离的人体反射的回波信号具有不同的回波时间延时，因而也具有不同的伪随机编码的延时。
这一视频信号在多通道伪随机编码相关器中进行视频放大，然后将视频信号通过视频分路器分成多路视频信号，通道数目的选择根据需要处理的距离单元数目来确定，每一路视频信号将通过伪随机编码相关器和滤波及放大器后输出，伪随机编码相关器的本振为伪随机编码移位电路输出的经过不同时延移位的本地伪随机编码信号，当本地伪随机编码信号的时延与目标在某距离上反射回波中伪随机编码的时延一致时，该路滤波及放大器的输出将出现相应距离上目标的步态特征信息。
多通道伪随机编码相关器的多路输出送到信号处理器中进行进一步处理，为了节省电路资源，信号处理器通过多路输入开关实现对多通道的选择，通道选择受数字信号处理器的控制，将经过多路输入开关的信号通过模拟数字转换电路进行模拟数字转换，然后进入数字信号处理器进行处理。
通过数字信号处理器得到人体行走的步态频谱数据，同时记录相应的通道数和伪随机编码的延时状态，将这些数据送入数据处理与终端显示模块，数据处理与终端显示模块对频谱数据进行分析提取人体行走特征和相应的距离，可以实现对不同距离下的不同人体行走步伐周期，手臂摆动速度、腿部摆动速度、人体行走速度等特征的分析和记录，计算机处理终端记录和存储这些特征为后续的人体步态检测和识别打下基础。
附图说明：
图1是具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置的结构框图。
图2伪随机编码调相微波信号产生模块结构框图。
图3多通道伪随机编码相关器的结构框图。
图4是信号处理器模块结构框图。
具体实施方式：
一种具有同时对多人的行走步态特征进行测量和提取技术和装置，其特征在于：它由伪随机编码调相微波信号产生模块1-1、连续波功率放大模块1-2、环行器1-3，收发天线1-4，放大混频接收通道1-5，多通道伪随机编码相关器1-6、信号处理器1-7、数据处理与显示终端1-8构成。伪随机编码调相的微波信号产生模块与连续波功率放大模块相连接，连续波功率放大模块连接环行器将微波信号发送到收发天线，并通过天线发送出去，同时收发天线接收来自目标的反射回波，通过环行器送入放大混频接收通道，放大混频接收通道的输出连接多通道伪随机编码相关器，多通道伪随机编码相关器的多路输出送入并行信号处理器，信号处理器将模拟信号转换为数字信号并进行数字滤波和时频处理，经处理后的数字信号与数据处理与显示终端连接。
伪随机编码调相微波信号产生模块1-1的端口2与连续波功率放大模块1-2相连接，连续波功率放大模块1-2连接环行器1-3将微波信号发送到收发天线1-4，并通过天线发送出去，同时收发天线接收来自目标的反射回波，通过环行器1-3送入放大混频接收通道1-5，放大混频接收通道1-5的输出连接多通道伪随机编码相关器1-6，
多通道伪随机编码相关器1-6的多路输出端口5送入并行信号处理器1-7的端口1，信号处理器1-7的端口2将模拟信号转换为数字信号并进行数字滤波和时频处理，经处理后的数字信号与数据处理与显示终端连接。
其中伪随机编码调相微波信号产生模块1-1的端口3与信号处理器1-7的端口3相连接，伪随机编码调相微波信号产生模块1-1的端口4与多通道伪随机编码相关器1-6的端口3相连接，多通道伪随机编码相关器1-6的端口4与信号处理器1-7的端口4相连接。
上述伪随机编码信号在实例中采用255位码长，码钟采用20MHz。
上述高稳定微波信号源可以采用x波段和ku波段工作频率；
上述多通道伪随机编码相关器中滤波与放大器的通带宽度不超过400Hz；
上述模拟数字转换器采用A/D公司的模拟数字转换器AD7650；
上述数字信号处理器主要模块采用TI公司的TMS320C6713。

Claims (5)

1.一种具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，其特征在于：包括伪随机编码调相微波信号产生模块、连续波功率放大模块、环行器、收发天线、放大混频接收通道、多通道伪随机编码相关器、信号处理器、数据处理与显示终端；伪随机编码调相的微波信号产生模块与连续波功率放大模块相连接，连续波功率放大模块连接环行器将微波信号发送到收发天线，并通过天线发送出去，同时收发天线接收来自目标的反射回波，通过环行器送入放大混频接收通道，放大混频接收通道的输出连接多通道伪随机编码相关器，多通道伪随机编码相关器的多路输出送入并行信号处理器，信号处理器将模拟信号转换为数字信号并进行数字滤波和时频处理，经处理后的数字信号与数据处理与显示终端连接。
2.根据权利要求1所述的具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，其特征在于：上述伪随机编码调相微波信号产生模块由时序控制电路、伪随机编码发生电路、晶振时钟电路、高稳定微波信号源、功率耦合器、0/π调制器、滤波及放大构成；其中端口3与时序控制电路相连接，时序控制电路与伪随机编码发生器相连接、晶振时钟电路与伪随机编码发生器相连接，伪随机编码发生器输出两路信号，其中一路连接0/π调制器，另一路连接端口4，高稳定微波信号源与功率耦合器相连接，功率耦合器输出分为两路，其中一路与0/π调制器相连接，另一路连接端口1，0/π调制器与滤波及放大相连接，滤波及放大与端口2相连接。
3.根据权利要求1所述的具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，其特征在于：上述放大混频接收通道模块由低噪声放大器、双平衡正交混频器、宽带低通滤波器、低频放大器以及电源模块组成；其中低噪声放大器与双平衡正交混频器相连，双平衡正交混频器与低通滤波器相连，低通滤波器与低频放大器连接。
4.根据权利要求1所述的具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，其特征在于：上述多通道伪随机编码相关器由视频放大器、视频分路器、多路伪随机码相关器、滤波及放大器、伪随机编码移位电路构成；其中端口6与视频放大器相连接，视频放大器与视频分路器相连接，视频分路器将信号分为多路分别与各路伪随机码相关器相连接，伪随机码相关器与滤波及放大器相连接，多路滤波及放大器的输出连接到端口5；端口7与伪随机编码移位电路相连接，端口8与伪随机编码移位电路相连接，伪随机编码移位电路输出多路伪随机编码移位信号分别与多路伪随机编码相关器相连接。
5.根据权利要求1所述的具有同时多人行走特征提取能力的伪随机编码测量装置，其特征在于：上述信号处理器由多路输入开关、模数转换电路、晶振时钟、数字信号处理器构成；其中端口9与多路输入开关相连接，多路输入开关与模数转换电路相连接，模数转换电路与数字信号处理器相连接，数字信号处理器与端口0、端口11、端口12相连接，晶振时钟与模数转换电路相连接，数字信号处理器与多路输入开关相连接。其中数字信号处理器实现的数据处理器实现时频频谱分析、目标步态特征检测、步态特征参数提取等功能，并且送入基于数据存贮设备以及送入计算机进行特征数据显示。
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