CN112946618B - 室内人员的定位方法及装置、系统、家电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种室内人员的定位方法及装置、系统、家电设备。其中，该方法包括：获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。本申请解决了室内人体目标静止或者离开室内时，传统的基于FMCW的毫米波雷达定位技术对室内目标的个数估计不准确的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及雷达信号处理领域，具体而言，涉及一种室内人员的定位方法及装置、系统、家电设备。
背景技术
人们大部分的工作时间和生活时间都位于室内，室内人体定位技术在室内非法入侵检测，孤寡老人和儿童的看护，远程医疗，应急救援以及智能家居等方面都能发挥关键作用，因而近几年得到了广泛的关注。其中，利用智能感知手段，对人体实现准确定位、准确估计室内人数，对提升家居、家电、物联网的智能程度具有重要价值。
目前较为常见的室内人体定位和计数技术包括：蓝牙技术、红外技术、超声波技术、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)技术，射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)技术，调频连续波技术(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)等。这些室内定位方法中，蓝牙室内定位技术设备体积小，功耗小，但稳定性较差。红外技术的定位精度相对较高，但其穿透性较差且容易受外界环境的影响。超声波技术的定位精度可以达到厘米级，抗干扰性强，然而较大的衰减性限制了其的应用和发展。WLAN技术精度较差且定位的能耗也较高。射频识别技术传输范围大，但不具备通信能力。FMCW技术距离分辨率高，硬件结构简单，无隐私泄露风险，因而获得了广泛的应用。FMCW技术一般用在微波/毫米波雷达上，现有的基于FMCW的毫米波雷达定位技术通过获取室内人体目标的距离和多普勒信息，来实现人体目标的定位和人数的估计。然而当室内人体静止时，目标往往被当作杂波滤除，同时，当人离开室内或者在室内静止时，传统方法很难准确判断室内的人数，而室内人数估计的不准确将影响智能家居、智能家电响应的调整送风、温控等控制策略。
针对室内人体目标静止或者离开室内时，传统的基于FMCW的毫米波雷达定位技术对室内目标的个数估计不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种室内人员的定位方法及装置、系统、家电设备，以至少解决室内人体目标静止或者离开室内时，传统的基于FMCW的毫米波雷达定位技术对室内目标的个数估计不准确的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种室内人员的定位方法，包括：获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
可选地，获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号之前，上述方法还包括：确定先验信息，该步骤包括：获取雷达设备接收到的第二回波信号，其中，第二回波信号是雷达设备发射的第二电磁波信号遇到位于出入口处的角反射器反射回来的信号；将第二电磁波信号与第二回波信号进行混频，得到第二差拍信号；对第二差拍信号进行快时间维快速傅里叶变换处理，并对快时间维快速傅里叶变换处理后的数据进行方位维快速傅里叶变换处理，得到先验信息。
可选地，依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息，包括：将第一电磁波信号与第一回波信号进行混频，得到第一差拍信号；对第一差拍信息进行加窗处理，并对加窗处理后的第一差拍信号进行快时间维傅里叶变换处理，得到目标人体相对于雷达设备的距离信息；对第一差拍信号在慢时间维取平均值，利用距离信息减去平均值，去除距离信息中静止杂波和直流分量；对去除静止杂波和直流分量的距离信息进行方位维快速傅里叶变换处理，得到目标人体相对于雷达设备的方位信息。
可选地，得到目标人体相对于雷达设备的方位信息之后，上述方法还包括：对方位信息取模值的平方，并进行非相参积累，得到目标人体的距离方位谱。
可选地，依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息之前，上述方法还包括：设置与距离方位谱对应的平面大小一致的第一掩膜矩阵；依次选取距离方位谱对应的平面上的点作为待检测单元，并选取待检测单元周围预设范围内的点设置二维十字参考窗，将待检测单元的数据与二维十字参考窗内的数据进行比较，依据比较结果对待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置；设置与距离方位谱对应的平面大小一致的第二掩膜矩阵；利用先验信息确定第二掩膜矩阵中位于出入口外部的目标人体对应的元素，将位于出入口外部的目标人体对应的元素设置为0，将第二掩膜矩阵中其他的元素设置为1；将第一掩膜矩阵与第二掩膜矩阵对应的元素相乘，得到目标掩膜矩阵。
可选地，依据比较结果对待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置之后，上述方法还包括：将第一回波信号的传输距离划分为多个距离单元，并分别确定每个距离单元内的峰值点的个数；如果峰值点的个数大于1，将每个峰值点分别与该峰值点所在的距离单元内的最大峰值点进行比较；若二者的差值大于预设阈值，将该峰值点对应的第一掩膜矩阵的元素设置为0。
可选地，得到目标掩膜矩阵之后，上述方法还包括：将目标掩膜矩阵内所有的元素相加，得到初步估计的目标空间内的目标人体的数量；提取目标掩膜矩阵内不为0的元素对应的距离信息和方位信息，将该距离信息和方位信息作为目标人体的位置信息，并将目标人体的位置信息存储至目标信息矩阵；设置目标人数缓存器和目标信息缓存器，将依据当前帧得到的目标人体的数量存入目标人数缓存器，将依据当前帧得到的目标信息矩阵存入目标信息缓存器；对依据当前帧得到的目标人体的数量进行中值滤波处理，得到目标人体的数量的中值滤波结果；从目标人数缓存器中查找与目标人体的数量的中值滤波结果对应的最大位置索引，将目标信息缓存器中与最大位置索引对应的位置信息作为目标人体的位置信息的中值滤波结果。
可选地，依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，包括：如果第一回波信号包括的数据帧的帧数为1，将目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息。
可选地，依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，还包括：如果第一回波信号包括的数据帧的帧数大于1，比较当前帧得到的目标人体的数量与前一帧得到的目标人体的数量，如果当前帧得到的目标人体的数量小于前一帧得到的目标人体的数量，划定包括出入口的目标区域；统计前一帧得到的目标信息矩阵中进入目标区域的目标人体的数量；如果进入目标区域的目标人体的数量大于0，将当前帧得到的目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的目标信息矩阵中的各元素进行关联；依次对前一帧得到的目标信息矩阵中没有关联上的元素进行判断，如果没有关联上的元素对应的目标人体进入目标区域，确定进入目标区域的目标人体在当前帧已经位于目标空间的外部，如果没有关联上的元素对应的目标人体未进入目标区域，确定未进入目标区域的目标人体在当前帧位于目标空间的内部；将目标人体的数量的中值滤波结果加上当前帧位于目标空间内部的人数作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将目标人体的位置信息的中值滤波结果和当前帧位于目标空间的目标人体的位置信息作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息；如果进入目标区域的目标人体的数量等于0，将当前帧得到的目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的目标信息矩阵中的各元素进行关联；将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的数量加上目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的位置信息和目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息。
可选地，依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息之后，上述方法还包括：依据位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法；控制家电设备执行与控制方法对应的操作。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种室内人员的定位装置，包括：获取模块，用于获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；第一确定模块，用于依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；第二确定模块，用于依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种室内人员的定位系统，包括：雷达设备以及处理器，其中，雷达设备，布置在目标空间内的预设位置，用于发送电磁波信号，以及接收电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；处理器，与雷达设备通信，用于执行以上的室内人员的定位方法。
根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种家电设备，包括：雷达设备以及处理器，其中，雷达设备，用于发送电磁波信号，以及接收电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；处理器，与雷达设备通信，用于执行以上的室内人员的定位方法，并依据目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法，控制家电设备执行与控制方法对应的操作。
根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以上的室内人员的定位方法。
在本申请实施例中，采用获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息的方式，通过利用毫米波雷达测量门的距离、方位位置，并以此为先验信息对室内的目标人体进行定位以及统计室内目标人体的个数，从而实现了提高基于毫米波雷达的室内人体定位与人数的估计准确度的技术效果，进而解决了室内人体目标静止或者离开室内时，传统的基于FMCW的毫米波雷达定位技术对室内目标的个数估计不准确技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种室内人员的定位方法的流程图；
图2是初始时室内有两人，当有一个人在第69帧离开室内时，采用本发明方法以及没有利用先验信息的传统方法得到的掩膜矩阵结果图；
图3是初始时室内有两人，当有一个人在第50帧在室内停下来时，采用本发明方法以及没有利用先验信息的传统方法得到的掩膜矩阵结果图；
图4是根据本申请实施例的一种室内人员的定位装置的结构框图；
图5是根据本申请实施例的一种室内人员的定位系统的结构框图；
图6是根据本申请实施例的一种家电设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本申请实施例，提供了一种室内人员的定位方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本申请实施例的一种室内人员的定位方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；
步骤S104，依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；
步骤S106，依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
通过上述步骤，通过利用毫米波雷达测量门的距离、方位位置，并以此为先验信息对室内的目标人体进行定位以及统计室内目标人体的个数，从而实现了提高基于毫米波雷达的室内人体定位与人数的估计准确度的技术效果。
根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤S102之前，需要确定先验信息，该步骤包括：获取雷达设备接收到的第二回波信号，其中，第二回波信号是雷达设备发射的第二电磁波信号遇到位于出入口处的角反射器反射回来的信号；将第二电磁波信号与第二回波信号进行混频，得到第二差拍信号；对第二差拍信号进行快时间维快速傅里叶变换处理，并对快时间维快速傅里叶变换处理后的数据进行方位维快速傅里叶变换处理，得到先验信息。
室内没有人体目标时，将角反射器放置在门的位置。安装在室内家电(如空调)上的毫米波雷达发射锯齿波信号，照射到角反射器产生回波，将发射信号与接收到的雷达回波进行混频，得到差拍信号。利用汉明窗对得到的差拍信号进行快时间加窗FFT处理，并利用汉明窗对快时间维变换后的数据沿着天线维进行加窗FFT处理获得角反射器对应的距离和方位，也就是门的距离方位作为先验信息。该步骤可以在装配有毫米波雷达的智能家居、智能家电进户安装时完成。
在本步骤中，室内没有人体目标时，将角反射器放置在门的位置。安装在室内家电(如空调)上的毫米波雷达发射K′帧锯齿波信号，每一帧信号包含N个周期,其中，K′＝1，K。第K′帧第(n+1)个周期的发射信号可以表示为：
t∈[nT,(n+1)T]。发射信号照射到距离为Rd的角反射器产生回波，将发射信号与接收到的雷达回波进行混频，得到差拍信号：
t∈[0,T]。其中，At和Ab表示发射信号和差拍信号幅度，f0表示载频，
表示调制斜率，c表示光速，t表示快时间，nT表示慢时间。利用汉明窗对得到的差拍信号进行快时间加窗FFT处理。雷达采用多发多收模式，M个接收天线间距相等且都为d。以第一个接收天线为参考，若目标与接收天线法线的夹角为
M个接收天线的相位差分别为[0,φ,2φ,...,(M-1)φ]，
λ表示波长。利用汉明窗对快时间维变换后的数据沿着天线维进行加窗FFT处理获得角反射器对应的距离和方位(Rd,θd)，也就是门的距离方位作为先验信息。
根据本申请的一个可选的实施例，步骤S104通过以下方法实现：将第一电磁波信号与第一回波信号进行混频，得到第一差拍信号；对第一差拍信息进行加窗处理，并对加窗处理后的第一差拍信号进行快时间维傅里叶变换处理，得到目标人体相对于雷达设备的距离信息；对第一差拍信号在慢时间维取平均值，利用距离信息减去平均值，去除距离信息中静止杂波和直流分量；对去除静止杂波和直流分量的距离信息进行方位维快速傅里叶变换处理，得到目标人体相对于雷达设备的方位信息。
室内有人体目标时，安装在室内家电上的雷达发射锯齿波信号，照射到初始距离为R0，以速度v远离雷达的人体目标时产生包含人体目标的回波信号，将发射信号与接收到的雷达回波进行混频，得到差拍信号。
在本步骤中，室内有人体目标时，安装在室内家电上的雷达发射K帧锯齿波信号，每一帧信号包含N个周期。雷达照射到初始距离为R0，以速度v远离雷达的目标时产生包含人体目标的回波信号，将发射信号与接收到的雷达回波进行混频，得到的差拍信号为：
t∈[0,T]。其中，Atb表示差拍信号幅度。
利用汉明窗对得到的差拍信号进行快时间维加窗处理，并对加窗后的信号进行快时间维FFT变换，将时域信号变换到频率域，获得目标的距离信息。对差拍信号在慢时间维取平均值，利用所述距离信息减去所述平均值，去除距离信息中静止杂波和直流分量。利用汉明窗对去除杂波后的数据沿着天线维(方位维)进行加窗FFT处理，获得目标的方位信息。
根据本申请的另一个可选的实施例，得到目标人体相对于雷达设备的方位信息之后，对方位信息取模值的平方，并进行非相参积累，得到目标人体的距离方位谱。
通过对得到的方位信息取数据模值的平方，并按照慢时间求和进行非相参积累，得到目标人体的距离方位谱图像。
在本申请的一些可选的实施例中，执行步骤S106之前，还需要设置与距离方位谱对应的平面大小一致的第一掩膜矩阵；依次选取距离方位谱对应的平面上的点作为待检测单元，并选取待检测单元周围预设范围内的点设置二维十字参考窗，将待检测单元的数据与二维十字参考窗内的数据进行比较，依据比较结果对待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置；
设置与距离方位谱对应的平面大小一致的第二掩膜矩阵；利用先验信息确定第二掩膜矩阵中位于出入口外部的目标人体对应的元素，将位于出入口外部的目标人体对应的元素设置为0，将第二掩膜矩阵中其他的元素设置为1；将第一掩膜矩阵与第二掩膜矩阵对应的元素相乘，得到目标掩膜矩阵。
设置与距离方位谱平面大小一致的第k帧初始掩膜矩阵T1(k)，依次选取距离方位谱平面上的点作为待检测单元，选取待检测单元周围点设置二维十字参考窗，将待检测单元数据与参考窗内的数据进行大小比较，根据比较结果对该检测单元对应的掩膜矩阵的值进行设置。
在本步骤中，设置与距离方位平面大小一致的第k帧初始掩膜矩阵T1(k)，依次选取距离方位谱平面上的点(r,θ)作为待检测单元，选取待检测单元周围的点(r+Δr,θ+Δθ),Δr＝[0,1,0,-1],Δθ＝[-1,0,1,0]设置二维十字参考窗，将待检测单元数据与参考窗内的数据进行大小比较，如果待检测单元数据大于参考窗内的数据，则将该检测单元对应的掩膜矩阵的值设置为1，否则设置为0。
设置与距离方位谱平面大小一致的第k帧掩膜矩阵T2(k)，利用步骤上文中获得的门的位置先验信息，将T2(k)中门位置对应距离方位外的点设置为0，其他设置为1。将掩膜矩阵T2(k)与掩膜矩阵T1(k)对应元素相乘，得到基于先验信息的新的掩膜矩阵T(k)。
在本申请的另一个可选的实施例中，依据比较结果对待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置之后，将第一回波信号的传输距离划分为多个距离单元，并分别确定每个距离单元内的峰值点的个数；如果峰值点的个数大于1，将每个峰值点分别与该峰值点所在的距离单元内的最大峰值点进行比较；若二者的差值大于预设阈值，将该峰值点对应的第一掩膜矩阵的元素设置为0。通过该方法可以对第一掩膜矩阵的值重新设置以消除目标旁瓣引起的虚假目标。
根据本申请的另一个可选的实施例，得到目标掩膜矩阵之后，将目标掩膜矩阵内所有的元素相加，得到初步估计的目标空间内的目标人体的数量；提取目标掩膜矩阵内不为0的元素对应的距离信息和方位信息，将该距离信息和方位信息作为目标人体的位置信息，并将目标人体的位置信息存储至目标信息矩阵；设置目标人数缓存器和目标信息缓存器，将依据当前帧得到的目标人体的数量存入目标人数缓存器，将依据当前帧得到的目标信息矩阵存入目标信息缓存器；对依据当前帧得到的目标人体的数量进行中值滤波处理，得到目标人体的数量的中值滤波结果；从目标人数缓存器中查找与目标人体的数量的中值滤波结果对应的最大位置索引，将目标信息缓存器中与最大位置索引对应的位置信息作为目标人体的位置信息的中值滤波结果。
将目标掩膜矩阵所有元素相加，得到初步估计的室内目标人数，提取目标掩膜矩阵中不为0的点对应的距离和方位作为目标的距离和方位并存储到目标信息矩阵。设置目标人数缓存器和目标信息缓存器，将当前帧得到的目标人数和目标信息矩阵存入缓存器中对目标信息缓存器进行移位更新。对目标人数进行中值滤波处理，得到目标人数中值滤波结果，找到目标人数缓存器中与目标人数中值滤波结果相等对应的最大位置索引，将目标信息缓存器中索引处对应的目标信息作为滤波结果。
在本步骤中，对掩膜矩阵T(k)所有元素相加，得到第k帧初步估计的室内目标人数Tn0(k)。设置二维目标信息矩阵Ti(k)，提取掩膜矩阵T(k)中不为0的点对应的距离和方位作为第k帧初步估计的目标的距离和方位并存储到目标信息矩阵Ti(k)。设置目标人数缓存器和目标信息缓存器，将当前帧得到的目标人数Tn0(k)和目标信息矩阵Ti(k)存入缓存器中对目标信息缓存器进行移位更新。对目标人数进行中值滤波处理，得到第k帧目标人数中值滤波结果Tnm0(k)，找到目标人数缓存器中与目标人数中值滤波结果Tnm0(k)相等对应的最大位置索引ind，将目标信息缓存器中索引ind处对应的目标信息作为第k帧滤波结果Tim(k)。
在本申请的一些可选的实施例中，步骤S106通过以下方法实现：如果第一回波信号包括的数据帧的帧数为1，将目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息。
所述定义第k帧最终的室内目标人数为Tnf(k)，最终室内目标信息矩阵为Tif(k)。当帧数为1时，设最终的室内目标人数和目标信息矩阵为当前帧目标人数中值滤波结果和目标信息中值滤波结果，即Tnf(1)＝Tnm0(1)，Tif(1)＝Tim(1)。
在本申请的一些可选的实施例中，步骤S106还可以通过以下方法实现：如果第一回波信号包括的数据帧的帧数大于1，比较当前帧得到的目标人体的数量与前一帧得到的目标人体的数量，如果当前帧得到的目标人体的数量小于前一帧得到的目标人体的数量，划定包括出入口的目标区域；统计前一帧得到的目标信息矩阵中进入目标区域的目标人体的数量；如果进入目标区域的目标人体的数量大于0，将当前帧得到的目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的目标信息矩阵中的各元素进行关联；依次对前一帧得到的目标信息矩阵中没有关联上的元素进行判断，如果没有关联上的元素对应的目标人体进入目标区域，确定进入目标区域的目标人体在当前帧已经位于目标空间的外部，如果没有关联上的元素对应的目标人体未进入目标区域，确定未进入目标区域的目标人体在当前帧位于目标空间的内部；将目标人体的数量的中值滤波结果加上当前帧位于目标空间内部的人数作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将目标人体的位置信息的中值滤波结果和当前帧位于目标空间的目标人体的位置信息作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息；如果进入目标区域的目标人体的数量等于0，将当前帧得到的目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的目标信息矩阵中的各元素进行关联；将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的数量加上目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的数量，将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的位置信息和目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的目标空间内的目标人体的位置信息。
当帧数k大于1时，比较当前帧中值滤波得到的目标人数Tnm0(k)与前一帧最终的室内目标人数Tnf(k-1)的大小。若
划定门附近区域(Rd+Δrd,θd+Δθd)，统计上一帧最终室内目标信息矩阵中进入该区域的人数Num。如果Num>0，判断前一帧室内有人在门附近，有出去的可能，将该帧滤波得到的目标信息矩阵Tim(k)中各个目标依次按照直线距离差距最小的为同一目标，直线距离差距相同径向距离差距最小为同一目标与上一帧最终的目标信息矩阵中的各个目标进行关联。依次对上一帧最终的目标信息矩阵中没有关联上的目标进行判定，若该没有关联上目标进入划定的门附近的区域，判定该目标走出门外，若目标没有进入划定的门附近的区域，判定该目标还在室内。将本帧中值滤波得到的目标人数结果加上还在室内的人数作为该帧最终的输出人数结果Tnf(k)，将本帧滤波得到的目标信息加上还在室内目标的上一帧信息作为该帧最终的目标信息结果Tif(k)。
如果Num＝0，判断室内目标均离门较远，不在门附近，依次将该帧滤波得到的目标信息矩阵Tim(k)中的各个目标按照直线距离差距最小的为同一目标，直线距离差距相同径向距离差距最小为同一目标与上一帧最终的目标信息矩阵中的各个目标进行关联。将没有关联上的目标个数加上该帧滤波得到的目标人数结果作为该帧最终的输出人数结果Tnf(k)，将没有关联上的目标信息加上该帧滤波得到的目标信息结果作为该帧最终的输出目标信息结果Tif(k)。
可选地，步骤S106执行完成之后，依据位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法；控制家电设备执行与控制方法对应的操作。
在确定室内人员的数量和位置信息后，可以依据这些信息调整家电设备的控制策略，例如，调整空调的送风、温控等控制策略。
本申请提供的上述方法针对室内人体目标静止或者离开室内时，传统的基于FMCW的毫米波雷达定位技术对室内目标的个数估计不准确的问题，利用角反射器测得门的距离方位信息，并将该信息作为先验信息对室内人体目标进行定位和人数估计。相比于传统的方法，本发明的基于先验信息的毫米波雷达定位方法能够在室内人体目标静止情况下有效提高对室内人体目标个数的估计准确度。
下面通过以下仿真实验对本发明效果作进一步验证说明：
(一)实验环境和内容
实验环境：MATLAB R2010b，Intel(R)Pentium(R)2CPU 2.7GHz，Window 7旗舰版。
实验内容：利用加特兰二发四收雷达进行实验，应用本发明方法对室内人体进行定位，并对室内人数进行估计。
(二)实验结果
雷达带宽250MHz，快时间采样点数为64，快时间FFT点数64，为了减少计算量，在快时间维进行2倍抽取，慢时间采样点数为64，应用本发明方法以及传统的方法对室内人体进行定位并对人数进行估计，得到的结果对比图如图2和图3所示，得到的识别准确率对比结果如表1所示。图2是初始时室内有两人，当有一个人在第69帧离开室内时，采用本发明方法以及没有利用先验信息的传统方法得到的掩膜矩阵结果图，图3是初始时室内有两人，当有一个人在第50帧在室内停下来时，采用本发明方法以及没有利用先验信息的传统方法得到的掩膜矩阵结果图。从图2图3可以看出，本发明方法能够正确估计出在室内的人数。
表1
综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。
图4是根据本申请实施例的一种室内人员的定位装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：
获取模块40，用于获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；
第一确定模块42，用于依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；
第二确定模块44，用于依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
需要说明的是，图4所示实施例的优选实施方式可以参见图1所示实施例的相关描述，此处不再赘述。
图5是根据本申请实施例的一种室内人员的定位系统的结构框图，如图5所示，该系统包括：雷达设备50以及处理器52，其中，
雷达设备50，布置在目标空间内的预设位置，用于发送电磁波信号，以及接收电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；
处理器52，与雷达设备50通信，用于执行以上的室内人员的定位方法。
图6是根据本申请实施例的一种家电设备的结构框图，如图6所示，该家电设备包括：雷达设备60以及处理器62，其中，
雷达设备60，用于发送电磁波信号，以及接收电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；
处理器62，与雷达设备60通信，用于执行以上的室内人员的定位方法，并依据目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法，控制家电设备执行与控制方法对应的操作。
本申请实施例提供的上述家电设备装配有毫米波雷达，可实现室内人体定位，并基于此信息调整送风、温控等控制策略。需要说明的是，上述家电设备包括但不限于空调器。
本申请实施例还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以上的室内人员的定位方法。
上述非易失性存储介质用于存储执行以下功能的程序：获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
本申请实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，在程序运行时执行以上的室内人员的定位方法。
上述处理器用于运行执行以下功能的程序：获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，第一回波信号是雷达设备发射的第一电磁波信号遇到目标空间内的目标人体反射回来的信号；依据第一回波信号确定目标人体相对于雷达设备的距离信息和方位信息；依据距离信息、方位信息以及先验信息确定位于目标空间内的目标人体的数量以及目标空间内的目标人体的位置信息，其中，先验信息包括目标空间的出入口相对于雷达设备的距离信息和方位信息。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (13)
1.一种室内人员的定位方法，其特征在于，包括：
获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，所述第一回波信号是所述雷达设备发射的第一电磁波信号遇到所述目标空间内的目标人体反射回来的信号；
依据所述第一回波信号确定所述目标人体相对于所述雷达设备的距离信息和方位信息；
依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息，其中，所述先验信息包括所述目标空间的出入口相对于所述雷达设备的距离信息和方位信息；
获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号之前，所述方法还包括：确定所述先验信息，该步骤包括：获取所述雷达设备接收到的第二回波信号，其中，所述第二回波信号是所述雷达设备发射的第二电磁波信号遇到位于所述出入口处的角反射器反射回来的信号；将所述第二电磁波信号与所述第二回波信号进行混频，得到第二差拍信号；对所述第二差拍信号进行快时间维快速傅里叶变换处理，并对所述快时间维快速傅里叶变换处理后的数据进行方位维快速傅里叶变换处理，得到所述先验信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述第一回波信号确定所述目标人体相对于所述雷达设备的距离信息和方位信息，包括：
将所述第一电磁波信号与所述第一回波信号进行混频，得到第一差拍信号；
对所述第一差拍信息进行加窗处理，并对加窗处理后的所述第一差拍信号进行快时间维傅里叶变换处理，得到所述目标人体相对于所述雷达设备的距离信息；
对所述第一差拍信号在慢时间维取平均值，利用所述距离信息减去所述平均值，去除所述距离信息中静止杂波和直流分量；
对去除静止杂波和直流分量的所述距离信息进行方位维快速傅里叶变换处理，得到所述目标人体相对于所述雷达设备的方位信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，得到所述目标人体相对于所述雷达设备的方位信息之后，所述方法还包括：
对所述方位信息取模值的平方，并进行非相参积累，得到所述目标人体的距离方位谱。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息之前，所述方法还包括：
设置与所述距离方位谱对应的平面大小一致的第一掩膜矩阵；
依次选取所述距离方位谱对应的平面上的点作为待检测单元，并选取所述待检测单元周围预设范围内的点设置二维十字参考窗，将所述待检测单元的数据与所述二维十字参考窗内的数据进行比较，依据比较结果对所述待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置；
设置与距离方位谱对应的平面大小一致的第二掩膜矩阵；
利用所述先验信息确定所述第二掩膜矩阵中位于所述出入口外部的目标人体对应的元素，将位于所述出入口外部的目标人体对应的元素设置为0，将所述第二掩膜矩阵中其他的元素设置为1；
将所述第一掩膜矩阵与所述第二掩膜矩阵对应的元素相乘，得到目标掩膜矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，依据比较结果对所述待检测单元对应的第一掩膜矩阵的值进行设置之后，所述方法还包括：
将所述第一回波信号的传输距离划分为多个距离单元，并分别确定每个距离单元内的峰值点的个数；
如果所述峰值点的个数大于1，将每个峰值点分别与该峰值点所在的距离单元内的最大峰值点进行比较；
若二者的差值大于预设阈值，将该峰值点对应的所述第一掩膜矩阵的元素设置为0。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，得到目标掩膜矩阵之后，所述方法还包括：
将所述目标掩膜矩阵内所有的元素相加，得到初步估计的所述目标空间内的目标人体的数量；
提取所述目标掩膜矩阵内不为0的元素对应的距离信息和方位信息，将该距离信息和方位信息作为所述目标人体的位置信息，并将所述目标人体的位置信息存储至目标信息矩阵；
设置目标人数缓存器和目标信息缓存器，将依据当前帧得到的所述目标人体的数量存入所述目标人数缓存器，将依据当前帧得到的所述目标信息矩阵存入所述目标信息缓存器；
对依据当前帧得到的所述目标人体的数量进行中值滤波处理，得到所述目标人体的数量的中值滤波结果；
从所述目标人数缓存器中查找与所述目标人体的数量的中值滤波结果对应的最大位置索引，将所述目标信息缓存器中与所述最大位置索引对应的位置信息作为所述目标人体的位置信息的中值滤波结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息，包括：
如果所述第一回波信号包括的数据帧的帧数为1，将所述目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的所述目标空间内的目标人体的数量，将所述目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的所述目标空间内的目标人体的位置信息。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息，还包括：
如果所述第一回波信号包括的数据帧的帧数大于1，比较当前帧得到的所述目标人体的数量与前一帧得到的所述目标人体的数量，如果当前帧得到的所述目标人体的数量小于前一帧得到的所述目标人体的数量，划定包括所述出入口的目标区域；
统计前一帧得到的所述目标信息矩阵中进入所述目标区域的目标人体的数量；
如果进入所述目标区域的目标人体的数量大于0，将当前帧得到的所述目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的所述目标信息矩阵中的各元素进行关联；
依次对前一帧得到的所述目标信息矩阵中没有关联上的元素进行判断，如果没有关联上的元素对应的目标人体进入所述目标区域，确定进入所述目标区域的目标人体在当前帧已经位于所述目标空间的外部，如果没有关联上的元素对应的目标人体未进入所述目标区域，确定未进入所述目标区域的目标人体在当前帧位于所述目标空间的内部；
将所述目标人体的数量的中值滤波结果加上当前帧位于所述目标空间内部的人数作为最终的所述目标空间内的目标人体的数量，将所述目标人体的位置信息的中值滤波结果和当前帧位于所述目标空间的目标人体的位置信息作为最终的所述目标空间内的目标人体的位置信息；
如果进入所述目标区域的目标人体的数量等于0，将当前帧得到的所述目标信息矩阵中的各元素与前一帧得到的所述目标信息矩阵中的各元素进行关联；
将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的数量加上所述目标人体的数量的中值滤波结果作为最终的所述目标空间内的目标人体的数量，将前一帧中没有关联上的元素对应的目标人体的位置信息和所述目标人体的位置信息的中值滤波结果作为最终的所述目标空间内的目标人体的位置信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息之后，所述方法还包括：
依据位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法；
控制所述家电设备执行与所述控制方法对应的操作。
10.一种室内人员的定位装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号，其中，所述第一回波信号是所述雷达设备发射的第一电磁波信号遇到所述目标空间内的目标人体反射回来的信号；
第一确定模块，用于依据所述第一回波信号确定所述目标人体相对于所述雷达设备的距离信息和方位信息；
第二确定模块，用于依据所述距离信息、所述方位信息以及先验信息确定位于所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息，其中，所述先验信息包括所述目标空间的出入口相对于所述雷达设备的距离信息和方位信息；
所述装置还用于在获取目标空间内的雷达设备接收到第一回波信号之前，获取所述雷达设备接收到的第二回波信号，其中，所述第二回波信号是所述雷达设备发射的第二电磁波信号遇到位于所述出入口处的角反射器反射回来的信号；将所述第二电磁波信号与所述第二回波信号进行混频，得到第二差拍信号；对所述第二差拍信号进行快时间维快速傅里叶变换处理，并对所述快时间维快速傅里叶变换处理后的数据进行方位维快速傅里叶变换处理，得到所述先验信息。
11.一种室内人员的定位系统，其特征在于，包括：雷达设备以及处理器，其中，
所述雷达设备，布置在目标空间内的预设位置，用于发送电磁波信号，以及接收所述电磁波信号遇到所述目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；
所述处理器，与所述雷达设备通信，用于执行权利要求1至9中任意一项所述的室内人员的定位方法。
12.一种家电设备，其特征在于，包括：雷达设备以及处理器，其中，
所述雷达设备，用于发送电磁波信号，以及接收所述电磁波信号遇到所述目标空间内的目标人体反射回来的回波信号；
所述处理器，与所述雷达设备通信，用于执行权利要求1至8中任意一项所述的室内人员的定位方法，并依据所述目标空间内的目标人体的数量以及所述目标空间内的目标人体的位置信息确定家电设备的控制方法，控制所述家电设备执行与所述控制方法对应的操作。
13.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行权利要求1至9中任意一项所述的室内人员的定位方法。
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