[發明專利]一種人體微動回波仿真方法

有效

• 申請號: 201910362058.3
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110045347B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 周峰;李雅欣;石曉然;劉磊;樊偉偉;白雪茹
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/58
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種人體微動回波仿真方法，首先計算人體各節點的三維坐標和各部位的長度，對各部位進行建模，獲得各部位的模型；并對模型剖分，獲得各部位的模型的網格信息；再計算各部位的模型的實時運動參數；然后設置雷達參數，結合各部位的模型的網格信息和實時運動參數，利用物理光學法計算運動人體的電磁散射特性，獲得運動人體的雷達目標截面積；最后使用三次樣條插值構成時變的人體雷達微動序列。本發明彌補了使用經驗公式對人體運動進行建模的不足，使人體運動更加貼近實際情況；并利用物理光學法計算人體整體的雷達目標截面積，考慮了人體各部位的遮擋效應，克服了現有方法使用經驗公式進行運動人體雷達目標截面積計算相似度不高的缺點。

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種人體微動回波仿真方法，用于提取人體實時運動軌跡，建立人體的三維模型，計算出與實測相似度高的人體微動雷達回波。

背景技術

由于雷達具有全天時、全天候和遠作用距離工作的優勢，是目標檢測與識別的常用技術手段，在國民經濟和科學研究領域都得到了廣泛的應用。人體目標是雷達檢測與識別的重要目標，其步態和姿態的識別是一個極具意義的問題，在災后救援、反恐偵察和醫療監視等領域都發揮著不可或缺的作用。其中，雷達觀測下人體的微多普勒特征是人體目標檢測和識別的重要依據。因此，雷達觀測下人體的微動特征研究引發了國內外研究者的廣泛關注。

復雜結構的目標在運動時，除了主體的平動，某些部位還具有其他形式的運動，如擺動、進動和振動等，統稱為微動。由目標微動引起的多普勒調制現象稱為微多普勒效應。人體在行走、跳動、或者跑動時身體各部位均會引發微多普勒效應，不同運動狀態和姿態下的人體雷達回波會包含不同的微動特征。由于這些特征具有差異性，因此可以對不同運動模式的人體目標進行識別。在實際應用中，由于錄取成本高等諸多因素，難以獲得樣本眾多且理想的人體實測數據。因此，為了分析人體目標的微動特性，需要建立人體和人體運動的數學模型，從而通過仿真獲得雷達回波。

BOULIC R等通過研究生物機械的實驗數據，基于數學參數化模型提出了人體的全局行走模型，稱為Boulic模型；Boulic模型將人體近似分解為頭、胸和臂等十五個部位，每個部位用橢球或圓柱體進行建模，各部位間的節點用球體進行建模。CHEN V C也基于Boulic模型仿真人體的回波信號，該建模方法雖然能較好地仿真人體的實際運動，但模型提供的運動模式單一，且僅能模擬勻速運動的情況。張翼等人提出了一種基于仿人形機器人的運動狀態對人體運動進行建模的方法，使用均勻散射的線模型模擬人體四肢，從而獲得人體雷達回波。雖然此類通過構造生物力學模型對人體運動進行建模的方法原理成熟、使用方便，但是實際情況下人體的運動是不規則的，無法用確定的數學模型來表達。使用實測運動捕獲數據對人體運動進行建模，能很好地解決仿真模型與實際人體運動相似度不高的問題。RAM S S等將運動捕獲數據中的各部分等效為橢球，但模型和真實的人體形狀仍存在差距。趙會寧等將運動捕獲數據中相連的骨骼結合為橢球，建模方法更符合人體的實際形狀，但仍使用經驗公式計算人體的雷達散射截面積，與實際情況仍存在差距。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種人體微動回波仿真方法，本發明從人體的實測運動捕獲數據中提取人體的運動參數，可彌補使用經驗公式對人體運動進行建模的不足，使人體的運動更加貼近實際情況；此外，利用物理光學法計算人體的雷達目標截面積，更加接近人體真實的電磁散射特性，為雷達環境下的人體檢測、人體運動姿態分類及運動參數估計奠定了一定的基礎。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種人體微動回波仿真方法，包括以下步驟：

步驟1，計算人體各節點的三維坐標和各部位的長度，分別對各部位進行建模，獲得各部位的模型；并對所述各部位的模型剖分，分別獲得各部位的模型的網格信息；

步驟2，計算所述各部位的模型的實時運動參數，所述實時運動參數包含平移參數和旋轉參數；