CN107037886A - 一种用于人体动作提取的系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机技术领域，公开了一种用于人体动作提取的系统及其工作方法。该系统提供了一种可直接佩戴在人体上且具有电磁波信号发/收功能的人体动作提取设备，其可一方面利用佩戴式信标发送载波调制信号，另一方面可利用共形阵天线中的各个天线接收单元来感应接收该载波调制信号，获取对应接收信号中基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息，并利用这些信息对电磁场分布方程矩阵进行结算，得到佩戴式信标相对于接收天线的相对坐标位置，进而完成与佩戴式信标相对应人体部位的人体动作提取目的。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体地，涉及一种用于人体动作提取的系统及其工作方法。
背景技术
随着传感器技术、通信技术和数据分析技术的不断发展，环境智能已经在许多应用场景中取得了成功，而人体动作识别就是实现环境智能的关键问题。人体动作识别涉及到从通过不同模态传感器采集到的信息中自动检测和分析人体动作，而要精确实现人体动作识别，高精度的人体动作提取是首要前提。
目前人体动作提取的方式主要有基于光学的提取方式和基于加速度传感器的提取方式，前者主要采用可见光或红外线对人体关节部位的信标进行图像识别和追踪，从而实现人体动作提取，但是其存在信标易被遮挡而产生动作缺漏的问题，同时还由于图像处理技术的限制，存在提取速度较慢和成本比较高的问题；而后者则是通过位于人体关节部位的加速度传感器，采集对应位置的加速度信息，然后根据该加速度信息计算得出每个关节的相对位置,虽然可以解决动作缺漏的问题，但是仍然存在提取精度低(因为只能得到相对于动作之前关节位置的位置信息)和成本较高的问题。
发明内容
针对现有两种人体动作提取的方式所存在的动作缺漏、提取速度慢、精度低和成本高的问题，本发明提供了一种用于人体动作提取的系统及其工作方法。
本发明采用的技术方案,一方面提供了一种用于人体动作提取的系统，包括信号处理模块、佩戴式信标、佩戴式共形阵天线、低噪声多通道阵列和多通道A/D采集模块，其中，所述佩戴式共形阵天线包含有N个天线接收单元，所述低噪声多通道阵列包含有N路低噪声解调处理通道，N为不小于3的自然数；所述信号处理模块的输出端通信连接所述佩戴式信标的输入端，各个所述天线接收单元分别一一对应地通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输入端，各路所述低噪声解调处理通道的输出端分别一一对应地通信连接所述多通道A/D采集模块的各个A/D采集输入端，所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端通信连接所述信号处理模块的输入端。
优化的，所述信号处理模块包含有中央处理电路、时序处理电路、输出接口电路和数据采集输入接口电路；所述中央处理电路分别通信连接所述时序处理电路、所述输出接口电路和所述数据采集输入接口电路，所述时序处理电路还通信连接所述输出接口电路；所述中央处理电路通过所述输出接口电路通信连接所述佩戴式信标的输入端，通过所述数据采集输入接口电路通信连接所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端。进一步优化的，所述信号处理模块还包含有通信连接所述中央处理电路的应用输出接口电路和/或存储器。
优化的，所述佩戴式信标包含有第一输入接口电路、第一控制电路、第一时钟产生电路、第一载波合成电路、调制电路和发射天线；所述第一控制电路分别通信连接所述第一输入接口电路、所述第一时钟产生电路和所述调制电路，所述第一时钟产生电路还通信连接所述第一载波合成电路和所述调制电路，所述第一载波合成电路还通信连接所述调制电路，所述调制电路还通信连接所述发射天线；所述第一控制电路通过所述第一输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。进一步优化的，所述佩戴式信标还包含有充电感应线圈和第二电源处理电路；所述充电感应线圈电连接所述第二电源处理电路的输入端，所述第二电源处理电路的输出端电连接所述第一控制电路的电源端。
优化的，所述低噪声多通道阵列还包含有第二输入接口电路、第二控制电路、第二时钟产生电路和第二载波合成电路，各路所述低噪声解调处理通道分别包含有依次通信连接的低噪声放大链路、解调电路、基带滤波电路和A/D接口电路；所述第二控制电路分别通信连接所述第二输入接口电路、所述第二时钟产生电路和各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路，所述第二时钟产生电路还通信连接所述第二载波合成电路，所述第二载波合成电路还通信连接各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路；所述第二控制电路通过所述第二输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。
优化的，所述多通道A/D采集模块包含有多通道A/D转换器、滤波处理电路和数据采集输出接口电路；所述多通道A/D转换器分别通信连接所述滤波处理电路和所述数据采集输出接口电路；所述多通道A/D转换器通过所述滤波处理电路分别通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输出端，通过所述数据采集输出接口电路通信连接所述信号处理模块的输入端。
本发明采用的技术方案,另一方面提供了一种前述的用于人体动作提取的系统的工作方法，包括步骤如下：S101.信号处理模块生成第一电磁波发射指令消息，然后将所述第一电磁波发射指令消息传送至佩戴式信标，所述第一电磁波发射指令消息包括第一发射频率指示信息和第一模拟调制方式指示信息；S102.所述佩戴式信标在接收到所述第一电磁波发射指令消息后，先根据所述第一发射频率指示信息生成对应频率的载波信号，然后根据所述第一模拟调制方式指示信息将本地基带信号调制到所述载波信号上，获取调制信号，最后无线发射所述调制信号；S103.处于佩戴式共形阵天线中的各个天线接收单元在无线接收到与所述调制信号对应的接收信号后，通过对应的低噪声解调处理通道对所述接收信号进行解调处理，获取各个天线接收单元的基带接收信号，并将所述基带接收信号传送至多通道A/D采集模块；S104.所述多通道A/D采集模块分别对各个天线接收单元的所述基带接收信号进行模数转换，获取对应天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息；S105.信号处理模块根据所有天线接收单元相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，然后代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，最终获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标，完成人体动作的即时提取。
优化的，在所述代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算的步骤中，包括如下步骤：按照最小均方根误差法迭代反解电磁场原点方程，获取最优原点坐标，所述最优原点坐标即为所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标。
优化的，若与所述最优原点坐标对应的最小均方根误差高于误差容忍阈值，则重新生成第二电磁波发射指令消息，然后将所述第二电磁波发射指令消息传送至所述佩戴式信标，最后重新执行步骤S102～S105；所述第二电磁波发射指令消息包括第二发射频率指示信息和第二模拟调制方式指示信息，其中，所述第二发射频率指示信息所指示的发射频率与所述第一发射频率指示信息相异，和/或所述第二模拟调制方式指示信息所指示的模拟调制方式与所述第二模拟调制方式指示信息相异。
综上，采用本发明所提供的用于人体动作提取的系统及其工作方法，具有如下有益效果：(1)该系统提供了一种可直接佩戴在人体上且具有电磁波信号发/收功能的人体动作提取设备，其可一方面利用佩戴式信标发送载波调制信号，另一方面可利用共形阵天线中的各个天线接收单元来感应接收该载波调制信号，获取对应接收信号中基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息，并利用这些信息对电磁场分布方程矩阵进行结算，得到佩戴式信标相对于接收天线的相对坐标位置，进而完成与佩戴式信标相对应人体部位的人体动作提取目的；(2)由于是基于电磁波传播来进行定位，相对于基于光学的提取方式，可利用电磁波所具有的更强衍射特性来避免出现动作遮挡或动作缺漏的问题，即人体动作提取完整，没有掉帧问题；(3)由于无需应用图像处理技术，相对于基于光学的提取方式，待处理的数据量大幅度缩小，人体动作提取的速度极快；(4)由于共形阵天线是固定在人体的特定部位上，相对于基于加速度传感器的提取方式，能够获得信标发射器相对于人体的绝对位置信息，可以大大提升人体动作的提取准确性；(5)所述用于人体动作提取的系统及其工作方法，还具有系统结构简单、不受场地限制、抗干扰能力强、方法步骤易实现和提取成本低等优点，便于实际应用和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于人体动作提取的系统结构示意图。
图2是本发明提供的在系统中信号处理模块的电路结构示意图。
图3是本发明提供的在系统中佩戴式信标的电路结构示意图。
图4是本发明提供的在系统中低噪声多通道阵列的部分电路结构示意图。
图5是本发明提供的在系统中多通道A/D采集模块的电路结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的用于人体动作提取的系统及其工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的用于人体动作提取的系统结构示意图，图2示出了本发明提供的在系统中信号处理模块的电路结构示意图，图3示出了本发明提供的在系统中佩戴式信标的电路结构示意图，图4示出了本发明提供的在系统中低噪声多通道阵列的部分电路结构示意图，图5示出了本发明提供的在系统中多通道A/D采集模块的电路结构示意图。
本实施例提供的所述用于人体动作提取的系统，包括信号处理模块、佩戴式信标、佩戴式共形阵天线、低噪声多通道阵列和多通道A/D采集模块，其中，所述佩戴式共形阵天线包含有N个天线接收单元，所述低噪声多通道阵列包含有N路低噪声解调处理通道，N为不小于3的自然数；所述信号处理模块的输出端通信连接所述佩戴式信标的输入端，各个所述天线接收单元分别一一对应地通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输入端，各路所述低噪声解调处理通道的输出端分别一一对应地通信连接所述多通道A/D采集模块的各个A/D采集输入端，所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端通信连接所述信号处理模块的输入端。
如图1所示，在所述系统的结构中，所述信号处理模块一方面用于通过预定义的通讯协议(例如IIC通讯协议)来控制所述佩戴式信标发射具有一定时间间隙的(根据具体应用，时间间隙介于50～200us之间)、特定载波频率的和特定模拟调制方式的(例如线性频率调制方式、非线性频率调制方式或相位调制方式等)调制信号电磁波，另一方面用于根据所有天线接收单元相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，然后代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，最终获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标，完成与所述佩戴式信标相对应人体部位的人体动作提取目的。此外，所述信号处理模块可以但不限于通过有线电缆与所述佩戴式信标进行数据交互。
所述佩戴式信标用于穿戴在人体的动作部位，以便与该动作部位位置绑定，即通过佩戴式信标的坐标位置来间接反映该动作部位的坐标位置，进而完成该动作部分的动作提取，例如可佩戴在人体的手腕或脚腕位置。如图1所示，所述佩戴式信标的数目可以为M个，M为不大于30的自然数，由此可以使所述信号处理模块能够处理过来，确保可对多人体部位进行动态动作获取。此外，考虑减少所述调制信号电磁波对外部电磁环境的干扰，所述佩戴式信标的有效传播距离可控制在1米以内，具体的，可根据佩戴位置和应用场景，使所述调制信号电磁波的发射功率介于-30～0dBm之间。同时对于所述调制信号电磁波的载波频率，可以但不限于采用RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)频段，以便使电磁波辐射能量符合国家电磁兼容标准GB/T6113.1。
所述佩戴式共形阵天线用于佩戴在人体的且具有一定长度的非动作部位或动作幅度较小的其它人体动作部位(相对于所述佩戴式信标)，以便为佩戴式信标提供参考坐标，其可以但不限于为背包式共形阵天线或臂戴式共形阵天线，前者用于穿戴布置在人体背部，后者用于佩戴布置在人体手臂部。在所述佩戴式共形阵天线中，各个天线接收单元用于无线感应接收由所述佩戴式信标发射的所述调制信号电磁波，并将感应产生的接收信号(其接收的频率及时长与发射的所述调制信号一致)传输至对应的低噪声解调处理通道。进一步优化的，为了缓解后续A/D采集及对电磁场分布方程矩阵进行解算的压力，所述天线接收单元的数目优选为3～10个；和/或，所述天线接收单元优选采用叠层片式天线，并使所有的天线接收单元按照等间距排列布置。
所述低噪声解调处理通道用于为对应天线接收单元所获取的接收信号进行低噪声解调处理，获取对应的基带接收信号，并将该基带接收信号送至所述多通道A/D采集模块。所述多通道A/D采集模块用于分别对各个天线接收单元的所述基带接收信号进行模数转换，获取对应天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息，并将这些信息传送至所述信号处理模块，以便进行电磁场分布方程矩阵的即时解算，完成人体动作的即时提取。
前述用于人体动作提取的系统的工作方法，可以但不限于包括如下步骤。
S101.信号处理模块生成第一电磁波发射指令消息，然后将所述第一电磁波发射指令消息传送至佩戴式信标，所述第一电磁波发射指令消息包括第一发射频率指示信息和第一模拟调制方式指示信息。
在所述步骤S101中，所述第一发射频率指示信息用于指示待发射电磁波的载波频率，其可以但不限于采用RFID频段中的任意一个或几个频率(可以采用2～20频率的组合，即指示间隔发射一组按照一定时间顺序的且具有不同载波的多个调制信号电磁波)，例如13.56MHz、27.12MHz、433MHz或860～960MHz中的任意频点。所述第一模拟调制方式指示信息用于指示待发射电磁波的模拟调制方式，其可以但不限于为非线性频率调制方式、线性频率调制方式、幅度调制方式或相位调制方式等。此外，在所述第一电磁波发射指令消息中还可以包括第一发射时长指示信息，用于指示待发射电磁波的发射时间间隙，例如80us。
S102.所述佩戴式信标在接收到所述第一电磁波发射指令消息后，先根据所述第一发射频率指示信息生成对应频率的载波信号，然后根据所述第一模拟调制方式指示信息将本地基带信号调制到所述载波信号上，获取调制信号，最后无线发射所述调制信号。
在所述步骤S102中，所述调制信号的发射时间间隙可以为系统默认值或者由所述信号处理模块根据实际情况进行指定，例如当介于50～200us之间时，可在1S内发射所述调制信号100次以上，考虑每次信号处理延时约10us，完成提取一帧人体动作提取的时长大约为0.021S，在此基础上考虑一定的冗余设计，可以最大获得49帧/秒的人体动作提取刷新频率，满足实际应用需求。
S103.处于佩戴式共形阵天线中的各个天线接收单元在无线接收到与所述调制信号对应的接收信号后，通过对应的低噪声解调处理通道对所述接收信号进行解调处理，获取各个天线接收单元的基带接收信号，并将所述基带接收信号传送至多通道A/D采集模块。
S104.所述多通道A/D采集模块分别对各个天线接收单元的所述基带接收信号进行模数转换，获取对应天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息。
S105.信号处理模块根据所有天线接收单元相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，然后代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，最终获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标，完成人体动作的即时提取。
在所述步骤S105中，所述电磁场分布方程矩阵为由各个天线接收单元相对于同一佩戴式信标的电磁波波动方程而构成的一个方程矩阵。优化的，为了提高解算准确性，在所述代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算的步骤中，包括如下步骤：按照最小均方根误差法迭代反解电磁场原点方程，获取最优原点坐标，所述最优原点坐标即为所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标。所述电磁场原点方程为前述电磁场分布方程矩阵的反函数方程。进一步优化的，若与所述最优原点坐标对应的最小均方根误差高于误差容忍阈值，则重新生成第二电磁波发射指令消息，然后将所述第二电磁波发射指令消息传送至所述佩戴式信标，最后重新执行步骤S102～S105；所述第二电磁波发射指令消息包括第二发射频率指示信息和第二模拟调制方式指示信息，其中，所述第二发射频率指示信息所指示的发射频率与所述第一发射频率指示信息相异，和/或所述第二模拟调制方式指示信息所指示的模拟调制方式与所述第二模拟调制方式指示信息相异。所述误差容忍阈值可以为默认值也可以为人工设定的预设值，例如2mm。通过更换测量模式，可以避免外部电磁环境的干扰，确保每个动作都能提取到。在提取完成一个佩戴式信标的动作后，即可对下一个佩戴式信标进行动作提取。
优化的，所述信号处理模块包含有中央处理电路、时序处理电路、输出接口电路和数据采集输入接口电路；所述中央处理电路分别通信连接所述时序处理电路、所述输出接口电路和所述数据采集输入接口电路，所述时序处理电路还通信连接所述输出接口电路；所述中央处理电路通过所述输出接口电路通信连接所述佩戴式信标的输入端，通过所述数据采集输入接口电路通信连接所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端。
如图2所示，在所述信号处理模块中，所述中央处理电路用于实现所述信号处理模块的核心功能。所述时序处理电路用于在所述第一发射频率指示信息指示多个(一般可2～20个)载波频率时，预先安排基于这些载波频率的模拟调制信号的发送时间顺序，并将安排结果通过所述输出接口电路传送至佩戴式信标，以便所述佩戴式信标按照该时间顺序依次发送多个调制信号电磁波，使得最后在解算时，可以连续进行多次不同情况下的电磁场方程矩阵解算，获取最精确的动作提取结果。进一步优化的，所述信号处理模块还包含有通信连接所述中央处理电路的应用输出接口电路和/或存储器。如图2所示，所述应用输出接口电路用于外接不同的电子设备，例如计算机等，以便进一步进行动作提取结果的输出处理或展示动作提取结果。所述存储器用于存储算法程序等信息，其可以但不限于采用ROM(Read-Only Memory，只读存储器)存储器。此外，还包含有用于稳定供电的第一电源处理电路。
优化的，所述佩戴式信标包含有第一输入接口电路、第一控制电路、第一时钟产生电路、第一载波合成电路、调制电路和发射天线；所述第一控制电路分别通信连接所述第一输入接口电路、所述第一时钟产生电路和所述调制电路，所述第一时钟产生电路还通信连接所述第一载波合成电路和所述调制电路，所述第一载波合成电路还通信连接所述调制电路，所述调制电路还通信连接所述发射天线；所述第一控制电路通过所述第一输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。
如图3所示，所述第一控制电路一方面用于根据所述发射频率指示信息，控制所述第一时钟产生电路产生对应的倍频倍数信号，以便利用该倍频倍数信号对所述载波合成电路中的基频信号进行倍频合成，得到目标频率的载波信号；另一方面用于根据所述模拟调制方式指示信息，控制所述调制电路采用对应的模拟调制方式。所述第一时钟产生电路还用于产生本地基带信号。所述调制电路用于将本地基带信号调制到所述载波信号上，获取调制信号。所述发射天线用于无线发射所述调制信号的电磁波，其可以但不限于采用微型天线。进一步优化的，所述佩戴式信标还包含有充电感应线圈和第二电源处理电路；所述充电感应线圈电连接所述第二电源处理电路的输入端，所述第二电源处理电路的输出端电连接所述第一控制电路的电源端。如图3所示，通过配置所述充电感应线圈，还可以实现无线充电，即时补充佩戴式信标消耗的电能。
优化的，所述低噪声多通道阵列还包含有第二输入接口电路、第二控制电路、第二时钟产生电路和第二载波合成电路，各路所述低噪声解调处理通道分别包含有依次通信连接的低噪声放大链路、解调电路、基带滤波电路和A/D接口电路；所述第二控制电路分别通信连接所述第二输入接口电路、所述第二时钟产生电路和各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路，所述第二时钟产生电路还通信连接所述第二载波合成电路，所述第二载波合成电路还通信连接各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路；所述第二控制电路通过所述第二输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。
如图4所示，所述低噪声多通道阵列也需要获取电磁波发射指令消息，以便进行与所述佩戴式信标相对应的解调机制。其中，所述第二控制电路一方面用于根据发射频率指示信息，控制所述第二时钟产生电路产生对应的倍频倍数信号，以便利用该倍频倍数信号对所述载波合成电路中的基频信号进行倍频合成，得到目标频率的载波信号；另一方面用于根据模拟调制方式指示信息，控制各个解调电路进行匹配调制，进而获取准确的基带接收信号。所述低噪声放大链路用于对接收信号进行低噪声放大。所述基带滤波电路用于对基带接收信号进行滤波，剔除带外谐波。所述A/D接口电路用于对接所述多通道A/D采集模块的对应A/D采集输入端。
优化的，所述多通道A/D采集模块包含有多通道A/D转换器、滤波处理电路和数据采集输出接口电路；所述多通道A/D转换器分别通信连接所述滤波处理电路和所述数据采集输出接口电路；所述多通道A/D转换器通过所述滤波处理电路分别通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输出端，通过所述数据采集输出接口电路通信连接所述信号处理模块的输入端。如图5所示，所述滤波处理电路用于对各路基带接收信号进行进一步地滤波处理。
本实施例提供的所述用于人体动作提取的系统及其工作方法，具有如下有益效果：(1)该系统提供了一种可直接佩戴在人体上且具有电磁波信号发/收功能的人体动作提取设备，其可一方面利用佩戴式信标发送载波调制信号，另一方面可利用共形阵天线中的各个天线接收单元来感应接收该载波调制信号，获取对应接收信号中基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息，并利用这些信息对电磁场分布方程矩阵进行结算，得到佩戴式信标相对于接收天线的相对坐标位置，进而完成与佩戴式信标相对应人体部位的人体动作提取目的；(2)由于是基于电磁波传播来进行定位，相对于基于光学的提取方式，可利用电磁波所具有的更强衍射特性来避免出现动作遮挡或动作缺漏的问题，即人体动作提取完整，没有掉帧问题；(3)由于无需应用图像处理技术，相对于基于光学的提取方式，待处理的数据量大幅度缩小，人体动作提取的速度极快；(4)由于共形阵天线是固定在人体的特定部位上，相对于基于加速度传感器的提取方式，能够获得信标发射器相对于人体的绝对位置信息，可以大大提升人体动作的提取准确性；(5)所述用于人体动作提取的系统及其工作方法，还具有系统结构简单、不受场地限制、抗干扰能力强、方法步骤易实现和提取成本低等优点，便于实际应用和推广。
如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的用于人体动作提取的系统及其工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，包括信号处理模块、佩戴式信标、佩戴式共形阵天线、低噪声多通道阵列和多通道A/D采集模块，其中，所述佩戴式共形阵天线包含有N个天线接收单元，所述低噪声多通道阵列包含有N路低噪声解调处理通道，N为不小于3的自然数；
所述信号处理模块的输出端通信连接所述佩戴式信标的输入端，各个所述天线接收单元分别一一对应地通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输入端，各路所述低噪声解调处理通道的输出端分别一一对应地通信连接所述多通道A/D采集模块的各个A/D采集输入端，所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端通信连接所述信号处理模块的输入端。
2.如权利要求1所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述信号处理模块包含有中央处理电路、时序处理电路、输出接口电路和数据采集输入接口电路；
所述中央处理电路分别通信连接所述时序处理电路、所述输出接口电路和所述数据采集输入接口电路，所述时序处理电路还通信连接所述输出接口电路；
所述中央处理电路通过所述输出接口电路通信连接所述佩戴式信标的输入端，通过所述数据采集输入接口电路通信连接所述多通道A/D采集模块的A/D采集输出端。
3.如权利要求2所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述信号处理模块还包含有通信连接所述中央处理电路的应用输出接口电路和/或存储器。
4.如权利要求1所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述佩戴式信标包含有第一输入接口电路、第一控制电路、第一时钟产生电路、第一载波合成电路、调制电路和发射天线；
所述第一控制电路分别通信连接所述第一输入接口电路、所述第一时钟产生电路和所述调制电路，所述第一时钟产生电路还通信连接所述第一载波合成电路和所述调制电路，所述第一载波合成电路还通信连接所述调制电路，所述调制电路还通信连接所述发射天线；
所述第一控制电路通过所述第一输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。
5.如权利要求4所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述佩戴式信标还包含有充电感应线圈和第二电源处理电路；
所述充电感应线圈电连接所述第二电源处理电路的输入端，所述第二电源处理电路的输出端电连接所述第一控制电路的电源端。
6.如权利要求1所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述低噪声多通道阵列还包含有第二输入接口电路、第二控制电路、第二时钟产生电路和第二载波合成电路，各路所述低噪声解调处理通道分别包含有依次通信连接的低噪声放大链路、解调电路、基带滤波电路和A/D接口电路；
所述第二控制电路分别通信连接所述第二输入接口电路、所述第二时钟产生电路和各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路，所述第二时钟产生电路还通信连接所述第二载波合成电路，所述第二载波合成电路还通信连接各路所述低噪声解调处理通道中的所述解调电路；
所述第二控制电路通过所述第二输入接口电路通信连接所述信号处理模块的输出端。
7.如权利要求1所述的一种用于人体动作提取的系统，其特征在于，所述多通道A/D采集模块包含有多通道A/D转换器、滤波处理电路和数据采集输出接口电路；
所述多通道A/D转换器分别通信连接所述滤波处理电路和所述数据采集输出接口电路；
所述多通道A/D转换器通过所述滤波处理电路分别通信连接各路所述低噪声解调处理通道的输出端，通过所述数据采集输出接口电路通信连接所述信号处理模块的输入端。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述的用于人体动作提取的系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
S101.信号处理模块生成第一电磁波发射指令消息，然后将所述第一电磁波发射指令消息传送至佩戴式信标，所述第一电磁波发射指令消息包括第一发射频率指示信息和第一模拟调制方式指示信息；
S102.所述佩戴式信标在接收到所述第一电磁波发射指令消息后，先根据所述第一发射频率指示信息生成对应频率的载波信号，然后根据所述第一模拟调制方式指示信息将本地基带信号调制到所述载波信号上，获取调制信号，最后无线发射所述调制信号；
S103.处于佩戴式共形阵天线中的各个天线接收单元在无线接收到与所述调制信号对应的接收信号后，通过对应的低噪声解调处理通道对所述接收信号进行解调处理，获取各个天线接收单元的基带接收信号，并将所述基带接收信号传送至多通道A/D采集模块；
S104.所述多通道A/D采集模块分别对各个天线接收单元的所述基带接收信号进行模数转换，获取对应天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息；
S105.信号处理模块根据所有天线接收单元相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标建立电磁场分布方程矩阵，然后代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算，最终获取所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标，完成人体动作的即时提取。
9.如权利要求8所述的一种用于人体动作提取的系统的工作方法，其特征在于，在所述代入各个天线接收单元的基带接收信号幅度信息和基带接收信号相位信息进行解算的步骤中，包括如下步骤：
按照最小均方根误差法迭代反解电磁场原点方程，获取最优原点坐标，所述最优原点坐标即为所述佩戴式信标相对于所述佩戴式共形阵天线的相对坐标。
10.如权利要求9所述的一种用于人体动作提取的系统的工作方法，其特征在于，若与所述最优原点坐标对应的最小均方根误差高于误差容忍阈值，则重新生成第二电磁波发射指令消息，然后将所述第二电磁波发射指令消息传送至所述佩戴式信标，最后重新执行步骤S102～S105；
所述第二电磁波发射指令消息包括第二发射频率指示信息和第二模拟调制方式指示信息，其中，所述第二发射频率指示信息所指示的发射频率与所述第一发射频率指示信息相异，和/或所述第二模拟调制方式指示信息所指示的模拟调制方式与所述第二模拟调制方式指示信息相异。
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