CN104569966B - 一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人体探测领域，特涉及一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法。本发明顺序包括频域杂波图建立、频域杂波图检测和高低频能量比，其中频域杂波图建立包括多谱勒滤波、频域杂波图更新及存储，频域杂波图检测则根据频域杂波图背景电平确立的判决门限进行人体探测，高低频能量比则根据回波中高低频能量的不同进行人体探测，频域杂波图检测用于室内动态人体检测，高低频能量比用于室内静态人体检测。本发明具有较好的人体检测性能和推广能力，可广泛应用于反恐、巷战密室内的人员探测、地震人员搜救等技术领域。

Description

一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法
技术领域
本发明涉及人体探测领域，特涉及一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法。
背景技术
隔墙探测雷达是一部人员指示雷达，用于密室内的人体检测，为决策人员提供决策依据。
该雷达采用连续波体制以满足雷达低功耗要求，同时采用了零中频接收机技术以降低AD采样率。隔墙探测雷达工作时，发射天线往外辐射一单点频正弦信号，并通过接收天线接收雷达回波信号。雷达回波信号经过一次下变频直接变频至基带，然后经过低通滤波器提取出基带内的有用信号。
凡事都是有利必有弊。该雷达在享受连续波体制带来优点的同时，也承受了连续波体制雷达所固有的缺点。发射机的射频泄漏会造成雷达回波基带信号中含有高强度的直流成分。此外，为了满足雷达对于墙体穿透性的要求，雷达的工作频段较低，而且人体运动和呼吸的频率很低，由可知其雷达回波的多谱勒频率集中在零频附近。因此，常规的动目标检测技术对于该雷达已无法适用，必须研究出一种新算法用于室内人体检测。
雷达回波基带信号由射频泄漏和直达波的直流信号、地杂波及人体各部分回波组成。由于，雷达工作频率较低(工作波长较长)，由可知人体各部分回波的多谱勒频率较低，只有几赫兹左右。因此，有用的人体回波信号都集中于零频附近。
常规动目标检测算法在零频附近有较大的凹口，在将直流分量对消掉的同时，有用的人体回波信号也被对消掉；或者由于滤波器的固有特性，造成直流分量与人体回波信号相互交织，有用人体回波信号频谱附近的背景电平都被抬高，造成常规目标检测算法失灵。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明利用频域杂波图检测室内动态人体检测，高低频能量比用于室内静态人体检测。本发明顺序包括频域杂波图建立、频域杂波图检测和高低频能量比，其中频域杂波图建立包括多谱勒滤波、频域杂波图更新及存储，频域杂波图检测则根据频域杂波图背景电平确立的判决门限进行人体探测，高低频能量比则根据回波中高低频能量的不同进行人体探测，本发明具有较好的人体检测性能和推广能力，可广泛应用于反恐、巷战密室内的人员探测、地震人员搜救等技术领域。
本发明的技术方案是：一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法，顺序包括频域杂波图建立、频域杂波图检测和高低频能量比，其中频域杂波图建立包括多谱勒滤波、频域杂波图更新及频域杂波图存储，频域杂波图检测则根据频域杂波图背景电平确立的判决门限进行人员探测，用于室内动态人体检测，
其特征在于：所述的高低频能量比用于室内静态人体检测，高低频能量比包括低频能量和高频能量计算，低频能量为高频能量为当低频能量值比高频能量值大于检测门限时就判决为有人，否则判决为无人，其中K代表低频能量的截止频率，L代表高频能量的起始频率，L+M代表高频能量的截止频率。
如上所述的人体探测方法，其特征在于：所述的低频能量频率范围在0～10Hz，高频能量范围在10～40Hz。
如上所述的人体探测方法，其特征在于：所述频域杂波图更新时，新的杂波功率值Y(n)由下式确定：
Y(n)＝Y(n-1)×α+X(n)*(1-α)
式中，Y(n-1)是老的频域杂波功率值，X(n)是当前平均频域杂波功率值，α是调整更新速度的系数。
如上所述的人体探测方法，其特征在于：所述的频域杂波图检测根据公式H＝β×Y(n)确定，式中β为一个门限修正因子，如果被检测信号大于门限H，就判为有目标，否则判为无目标。
本发明的有益效果是：本发明充分利用高低频能量比信息，使本发明不仅能够检查动态的人体运动轨迹，还能够有效的对静态人体(不动的人)进行有效检查，实现了墙体、地震后地下掩埋人体的有效探测。
附图说明
图1方位频谱单元的划分
图2无人时的频谱图20*log10|S(；
图3有人时的频谱图20*log10|S(；
图4为本发明流程框图；
图5为人刚进入雷达扫描范围的频域杂波图检测结果；
图6为人在雷达扫描范围内一段时间后的频域杂波图检测结果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图4所示，本发明顺序包括频域杂波图建立、频域杂波图检测和高低频能量比，其中频域杂波图建立包括多谱勒滤波、频域杂波图更新及存储，频域杂波图检测则根据频域杂波图背景电平确立的判决门限进行人员探测，高低频能量比则根据回波中高低频能量的不同进行人体探测。所述的低频能量频率范围在0～10Hz，高频能量范围在10～40Hz。
本发明的一个具体实施例：
一.频域杂波图建立步骤：
1.1多谱勒滤波；
先对雷达回波基带信号进行直流信号消除处理，再进行切比雪夫加权FFT。多谱勒滤波表达式其中N＝1024。
本实施例采用雷达目标回波采集数据作分析，FFT分析结果见图2、3：
1.2频域杂波图更新、存储；
频域杂波图技术就是将雷达扫描范围内的回波信号频谱在频率域上将其划分成多个频域杂波单元，如图1。频域杂波图建立时，每个频域杂波单元中存储的是该频域杂波单元对应的多个频域分辨单元的平均杂波功率值，频域杂波单元更新时，新的杂波功率值Y(n)由下式确定：
Y(n)＝Y(n-1)×α+X(n)*(1-α)
式中，Y(n-1)是老的频域杂波功率值，X(n)是当前平均频域杂波功率值，α是调整更新速度的系数，系数越小更新越快，一般取α＝7/8。随着时间的推进，每个杂波单元存储的信号进行递归更新，所以经过一段时间以后，频域杂波图中存储的是相应频域杂波单元的背景电平。
二.频域杂波图检测
判决门限H根据下式确定：H＝β×Y(n)，式中β为一个门限修正因子，其大小决定着检测概率和虚警概率，如果被检测信号大于门限H，就判为有目标，否则判为无目标。
综合图2、3对比分析和频域杂波图更新、检测准则可得：无人和有人的雷达回波信号频谱差别比较大；无人情况下频域杂波图中存储的值和频域杂波单元的背景电平比较接近；当人刚进入雷达扫描范围时，利用频域杂波图检测技术可以检测出人体，但当人一直处于雷达扫描范围时，频域杂波图中存储的值就和有人时的频谱比较接近，频域杂波图检测失效。
频域杂波图检测用于室内动态人体检测，高低频能量比用于室内静态人体检测。从图5中可以看出，当人刚入雷达扫描范围时，用频域杂波图检测就可以进行人体检测即人员指示。从图6中可以看出，当人一直处于雷达扫描范围内时，频域杂波图检测就失去了效用，此时应用高低频能量比进行人体检测。
三.高低频能量比：
当人一直处在雷达扫描范围内时，通过频域杂波图建立的背景电平就是人体回波与杂波的混合信号，当频域杂波图稳定建立时频域杂波图检测技术就失去了效用。为此，需要研究另一种新算法来进行静态人体检测。
根据(v为人体(主要是躯干)整体移动的速度，x(t)为肢体摆动、呼吸或心跳引起的摆幅振动，λ＝0.3m)分析可知，当人静止不动时，由肢体摆动、呼吸或心跳引起的摆幅振动回波信号的频谱主要集中在零频附近，即雷达回波信号的低频分量(0～10Hz左右)会比高频分量大，因此可利用此信息进行人体检测。
由于人体回波信号主要集中在零频附近，通过频谱分析可知在有人的情况下，雷达回波信号的低频分量会比高频分量大，因此可利用此信息进行人体检测。
低频能量为高频能量为当低频能量值比高频能量值大于检测门限时就判决为有人，否则判决为无人，其中K代表低频能量的截止频率，L代表高频能量的起始频率，L+M代表高频能量的截止频率。本实例中K＝5，L＝9，M＝11。

Claims (4)

1.一种结合频域杂波图检测与高低频能量比的人体探测方法，顺序包括频域杂波图建立、频域杂波图检测和高低频能量比，其中频域杂波图建立包括多谱勒滤波、频域杂波图更新及频域杂波图存储，频域杂波图检测则根据频域杂波图背景电平确立的判决门限进行人员探测，用于室内动态人体检测，其特征在于：所述的高低频能量比用于室内静态人体检测，高低频能量比包括低频能量和高频能量计算，低频能量为，高频能量为，当低频能量值比高频能量值大于检测门限时就判决为有人，否则判决为无人，其中K代表低频能量的截止频率，L代表高频能量的起始频率，L+M代表高频能量的截止频率。
2.如权利要求1所述的人体探测方法，其特征在于：所述的低频能量频率范围在0~10Hz，高频能量范围在10~40Hz。
3.如权利要求1或2所述的人体探测方法，其特征在于：所述频域杂波图更新时，新的杂波功率值由下式确定：
式中，是老的频域杂波功率值，是当前平均频域杂波功率值，是调整更新速度的系数。
4.如权利要求3所述的人体探测方法，其特征在于：所述的频域杂波图判决门限根据公式确定，式中为一个门限修正因子，如果被检测信号大于判决门限，就判为有目标，否则判为无目标。
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