CN116338667A - 一种基于微波感知的人体探测方法、系统和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微波感知的人体探测方法,包括:发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号;对所述雷达信号和雷达基带信号进行处理,获得处理信号;从所述处理信号中提取判断参数与设定阈值对比,获得人体探测结果。本发明提供的基于微波感知的人体探测方法及系统,其相较于视频监测,能实现在黑暗或光线较差的环境中的全天时全天候监测,同时针对红外成像方法在高温等特殊工作环境中的局限性,通过微波感知进行人体探测的方法不受温度影响。
Description
技术领域
本发明涉及微波感知技术领域,具体地,涉及一种基于微波感知的人体探测方法、系统和介质。
背景技术
随着制造业的快速发展,工厂车间信息安全也面临着越来越多的挑战,防止核心技术、产品外观等知识产权信息的泄露,加强关键制造技术区域的保密、安全防护刻不容缓;同时对于一些危险性较高的生产制造区域,防止外来人员误入,影响人身安全,构建智能监控系统势在必行。
在现有的进行人体探测的智能监控系统中,以视频监测和红外成像的方法最为常见,其中视频监测通过对视频图像信号的处理来判断是否有人员侵入,红外热成像仪根据人体与背景环境之间的温差,即探测红外辐射强度差来进行人员探测。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种基于微波感知的人体探测方法、系统和介质。
根据本发明的一个方面,提供一种基于微波感知的人体探测方法,包括:
发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号;
对所述雷达信号和雷达基带信号进行处理,获得处理信号;
从所述处理信号中提取判断参数与设定阈值对比,获得人体探测结果。
优选地,所述发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号,包括:
将微波雷达模块正对待测区域;
控制发射天线发射线性调频连续波雷达信号,接收天线接收回波信号,并同步采集雷达基带信号。
优选地,所述采集雷达基带信号,包括:采用时间长度为Tw,滑动步长为Ts的滑动窗对所述基带信号进行截取。
优选地,所述对雷达信号和雷达基带信号进行处理,获得处理信号,包括:
从所述雷达基带信号中提取一个滑动窗内待测区域的距离像信息;
将所述待测区域的距离像信息进行静态目标消除和人体微动信号增强处理;
提取所述处理后的待测区域的距离像信息中的微多普勒特征。
优选地,所述从所述雷达基带信号中提取一个滑动窗内待测区域的距离像信息,包括:
式中:range_bin为第m个扫频周期的一维距离像信息,s(m,n)为在一个滑动窗内第m个扫频周期的第n个元素,N为一个扫频周期的元素个数同时也是进行快速傅里叶变换的点数,k为目标所处距离单元的索引。
优选地,所述对待测区域的距离像信息的静态目标进行消除,包括:
将一个所述滑动窗内的所有扫频周期获得的距离像信息构造一个矩阵S(M,N),其中M为扫频周期数目,N为一个扫频周期的元素个数;
选用扫频间隔为Q,从第i=Q+1个扫频周期开始依次循环减去前面第i-Q个扫频周期的距离维度信息;
得到静态目标消除之后的距离-时间二维矩阵Smove(M-Q,N);
所述将待测区域的距离像信息的人体微动信号进行增强,包括:
对所述距离像矩阵S(M,N),沿每一个距离单元,进行高通滤波处理,消除由静态环境引起的低频分量;
获得由人体运动引起的高频分量信息。
优选地,所述提取处理后的待测区域的距离像信息中的微多普勒特征,包括:
STFT{sum[Smove(M-Q,K-3:K+3)]},式中,STFT为短时傅里叶变换,sum代表求和运算;
通过脊线提取的方法,获取静态目标消除后人体目标的运动轨迹,记为K;
提取所述矩阵Smove(M-Q,N)在脊线K上、下3行数据,并求和;
通过短时傅里叶变换获取人体运动的二维微多普勒特征图谱。
优选地,从所述从所述处理信号中提取判断参数与设定阈值对比,获得人体探测结果,包括:
判断所述提取的二维微多普勒特征图谱中是否存在元素超过设定阈值,若是,则判定探测范围内存在目标侵入,并发出预警,反之,则不存在;
所述阈值设定为在静止环境通过短时傅里叶变换获取的二维微多普勒特征图谱中所有元素均值的三倍到十倍。
根据本发明的第二个方面,提供一种基于微波感知的人体探测系统,包括:
线性调频连续波(LFMCW)雷达模块,所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块发射和接收线性调频连续波雷达信号,并生成微波雷达基带信号;
信号采集与处理模块,所述信号采集与处理模块与所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块连接,采集由所述LFMCW雷达模块产生的雷达基带信号,并进行处理,得到待测区域实时的微多普勒特征;
显示与预警模块,所述显示与预警模块与所述信号采集与处理模块连接并接收、显示实时的微多普勒特征信息,判断是否超出设定阈值;若超出阈值,则发出警报;
控制器,所述控制器分别与LFMCW雷达模块、信号采集与处理模块和显示与预警模块相连并传输控制信号;控制各模块间的协调工作。
根据本发明的第三个方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时可用于执行上述任一项所述的方法,或,运行上述所述的系统。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明提供的基于微波感知的人体探测方法及系统,其相较于视频监测,能实现在黑暗或光线较差的环境中的全天时全天候监测,同时针对红外成像方法在高温等特殊工作环境中的局限性,通过微波感知进行人体探测的方法不受温度影响。
本发明在使用场景和环境适应性方面,相较于传统的视频监测和红外成像方法,具有更好的监测效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明的一实施例的一种基于微波感知的人体探测方法流程图;
图2为本发明的一优选实施例的微波雷达发射信号示意图;
图3为本发明的一优选实施例获得的一个滑动窗内待测区域距离像信息;
图4为本发明的一优选实施例中静态目标消除后的距离像信息;
图5为本发明的一优选实施例中人体目标引起的微多普勒效应;
图6为本发明的一个实施例的一种基于微波感知的人体探测系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一个实施例,一种基于微波感知的人体探测方法,包括:
S1,发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号;
S2,对所述回波信号和雷达基带信号进行处理,获得处理图像;
S3,从所述处理图像处提取判断参数与设定阈值进行判定获得人体探测结果。
基于上述实施例,本发明提供一个优选实施例。如图1所示,本实施例的一种基于微波感知的人体探测方法的流程图。包括:
S100,将微波雷达模块正对待测区域,控制发射天线发射线性调频连续波雷达信号,接收天线接收回波信号,并同步采集雷达基带信号。
如图2所示,为本发明提供的处理雷达基带信号的较优实施例,其采用时间长度为Tw滑动步长为Ts的滑动窗对基带信号进行截取。
S200,提取在一个滑动窗内待测区域目标距离像信息随时间变化图像。
如图3所示,为一个滑动窗内获取待测区域目标距离随时间变化图像的加油较优实施例。其基本过程为:
上式中:range_bin(m)为第m个扫频周期的一维距离像信息,s(m,n)为在一个滑动窗内第m个扫频周期的第n个元素,N为一个扫频周期的元素个数同时也是进行快速傅里叶变换的点数,k为目标所处距离单元的索引。
S300,静态目标消除与人体微动信号增强。
人体的运动会对回波信号产生附加的频率调制,从而产生以目标主体频率为中心的边带,当静止目标较多或干扰较大时,需要进行静态目标消除与人体微动信号增强。
基于上述目的,本发明提供一个进行静态目标消除的优选实施例。将一个滑动窗内的所有扫频周期获得的距离像信息构造一个矩阵S(M,N),其中M为扫频周期数目,N为一个扫频周期的元素个数,然后选用扫频间隔为Q,从第i=Q+1个扫频周期开始依次循环减去前面第i-Q个扫频周期的距离维度信息,得到静态目标消除之后的距离-时间二维矩阵Smove(M-Q,N)。如图4所示,为本实施例的静态目标消除后的距离像信息。
同样的,基于上述目的,本发明提供一个人体微动信号增强的优选实施例。静态目标消除与人体微动信号增强方法不限于通过做差的方法循环减去前几个扫频周期的信号。还可以对得到的距离像矩阵S(M,N),沿每一个距离单元,进行高通滤波处理,消除由静态环境引起的低频分量,从而获得由人体运动引起的高频分量信息。
S400,微多普勒特征提取。
本发明提供一个执行微多普勒特征提取的优选实施例。在本实施例中,STFT{sum[Smove(M-Q,K-3:K+3)]},式中,STFT为短时傅里叶变换,sum代表求和运算。通过脊线提取的方法,获取静态目标消除后人体目标的运动轨迹,记为K,然后提取矩阵Smove(M-Q,N)在脊线K上下3行数据,并求和,并通过短时傅里叶变换获取人体运动的微多普勒特征信息。如图5所示,为本实施例中通过短时傅里叶变换检测到的人体运动引起的微多普勒效应。
S500,人体目标探测及预警。
具体的,通过微多普勒特征进行人体目标探测及预警的方法为:
判断由S400所得到的二维微多普勒特征图谱中是否有超过一定比例的元素超过设定阈值,若成立,则判定探测范围内存在目标侵入,并发出预警,反之,则没有。
为增强目标探测的准确性和鲁棒性,在本实施例中阈值参数设定为在静止环境通过短时傅里叶变换获取的二维微多普勒特征图谱中所有元素均值的三倍。
在其他实施例中,设置为3-10倍能实现人体目标探测的目的均可。同时检测二维微多普勒特征图谱中超过设定阈值元素的比例设置为3%-10%均可实现目标探测功能。
以上两个条件需要同时满足。第一个条件是根据微多普勒特征图判断是否存在入侵人体目标,若微多普勒特征图中存在超过设定阈值的元素,则可判定为存在目标。但是为了避免环境微动或者微波雷达不稳定瞬间抖动引起的微多普勒效应,需要再次判断,当超过阈值的元素达到一定比例(超过3%-10%)的时候,则认定为存在侵入人体目标,可减少系统误判率。
S600,重复上述S200至S500的过程,实时探测与预警功能。
基于上述实施例的相同构思,在本发明的其他实施例中,还提供一种基于微波感知的人体探测系统,包括:线性调频连续波(LFMCW)雷达模块、信号采集与处理模块、显示与预警模块和控制器。所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块用于发射和接收线性调频连续波雷达信号,并生成微波雷达基带信号;所述信号采集与处理模块与所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块连接,采集由LFMCW雷达模块产生的雷达基带信号,并进行处理,得到待测区域实时的微多普勒特征;所述显示与预警模块与所述信号采集与处理模块连接并接收、显示实时的微多普勒特征信息,判断是否超出设定阈值,若超出阈值,则发出警报;,所述控制器分别与LFMCW雷达模块、信号采集与处理模块和显示与预警模块相连并传输控制信号;控制各模块之间协调工作。
具体的,所述LFMCW雷达模块包括线性调频连续波微波信号源、功分器、功率放大器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线等。所述线性调频连续波微波信号源与功分器相连,将产生的线性调频连续波微波信号一分为二,一路与功率放大器相连并经发射天线发出,一路作为本振信号与混频器相连;接收天线与低噪声放大器相连;低噪声放大器与混频器相连,将放大的回波信号和本振信号一起通过混频器得到混频信号;混频器与低通滤波器相连,得到微波雷达基带信号。
基于上述实施例的相同构思,在本发明的其他实施例中,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时可用于执行上述任一项方法,或,运行上述任一个系统。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下,可以任意组合使用。
Claims (10)
1.一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,包括:
发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号;
对所述雷达信号和雷达基带信号进行处理,获得处理信号;
从所述处理信号中提取判断参数与设定阈值对比,获得人体探测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,所述发射并接收雷达信号,同步采集雷达基带信号,包括:
将微波雷达模块正对待测区域;
控制发射天线发射线性调频连续波雷达信号,接收天线接收回波信号,并同步采集雷达基带信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,所述采集雷达基带信号,包括:采用时间长度为Tw,滑动步长为Ts的滑动窗对所述基带信号进行截取。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,所述对雷达信号和雷达基带信号进行处理,获得处理信号,包括:
从所述雷达基带信号中提取一个滑动窗内待测区域的距离像信息;
将所述待测区域的距离像信息进行静态目标消除和人体微动信号增强处理;
提取所述处理后的待测区域的距离像信息中的微多普勒特征。
6.根据权利要求4所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,所述对待测区域的距离像信息的静态目标进行消除,包括:
将一个滑动窗内的所有扫频周期获得的距离像信息构造一个距离像矩阵S(M,N),其中M为扫频周期数目,N为一个扫频周期的元素个数;
选用扫频间隔为Q,从第i=Q+1个扫频周期开始依次循环减去前面第i-Q个扫频周期的距离维度信息;
得到静态目标消除之后的距离和时间二维矩阵Smove(M-Q,N);
所述将待测区域的距离像信息的人体微动信号进行增强,包括:
对所述距离像矩阵S(M,N),沿每一个距离单元,进行高通滤波处理,消除由静态环境引起的低频分量;
获得由人体运动引起的高频分量信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,所述提取处理后的待测区域的距离像信息中的微多普勒特征,包括:
通过脊线提取的方法,获取静态目标消除后人体目标的运动轨迹,记为K;
提取所述矩阵Smove(M-Q,N)在脊线K的上、下3行数据,并求和;
通过短时傅里叶变换获取人体运动的二维微多普勒特征图谱。
8.根据权利要求7所述的一种基于微波感知的人体探测方法,其特征在于,从所述处理信号中提取判断参数与设定阈值对比,获得人体探测结果,包括:
判断所述提取的二维微多普勒特征图谱中是否存在元素超过设定阈值,若是,则判定探测范围内存在目标侵入,并发出预警,反之,则不存在;
所述阈值设定为在静止环境通过短时傅里叶变换获取的二维微多普勒特征图谱中所有元素均值的三倍到十倍。
9.一种基于微波感知的人体探测系统,其特征在于,包括:
线性调频连续波(LFMCW)雷达模块,所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块发射和接收线性调频连续波雷达信号,并生成微波雷达基带信号;
信号采集与处理模块,所述信号采集与处理模块与所述线性调频连续波(LFMCW)雷达模块连接,采集由所述LFMCW雷达模块产生的雷达基带信号,并进行处理,得到待测区域实时的微多普勒特征;
显示与预警模块,所述显示与预警模块与所述信号采集与处理模块连接并接收、显示实时的微多普勒特征信息,判断是否超出设定阈值;若超出阈值,则发出警报;
控制器,所述控制器分别与LFMCW雷达模块、信号采集与处理模块和显示与预警模块相连并传输控制信号;控制各模块间的协调工作。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时可用于执行权利要求1-8中任一项所述的方法,或,运行权利要求9所述的系统。
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- 2021-12-22 CN CN202111578630.3A patent/CN116338667A/zh active Pending
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CN117111018B (zh) * | 2023-10-24 | 2024-02-13 | 珠海正和微芯科技有限公司 | 人体微动检测方法 |
CN117292439A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 南昌大学 | 一种基于室内毫米波雷达的人体姿态识别方法及系统 |
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