[發(fā)明專利]MIMO調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達(dá)的4D手勢識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110263109.4
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113050084B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李予琛;葉煬濤;吳可;顧昌展;金晶;吳林晟;毛軍發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;G01S13/58
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種MIMO調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達(dá)的4D手勢識別方法，其特征在于，通過采集MIMO雷達(dá)天線陣列的信號并生成虛擬數(shù)組，經(jīng)數(shù)字波束形成得到手部在3D空間的具體定位信息，同時(shí)根據(jù)3D空間定位信息進(jìn)一步對手勢運(yùn)動進(jìn)行類別劃分，并根據(jù)不同類型的手勢進(jìn)行相應(yīng)相應(yīng)的運(yùn)動檢測，得到追蹤結(jié)果；

整體的4D手勢識別具體為：

1)采集MIMO雷達(dá)天線陣列的信號并生成虛擬數(shù)組，經(jīng)數(shù)字波束形成獲得手部的3D空間定位；

2)根據(jù)步驟1中空間定位的結(jié)果，徑向運(yùn)動的大手勢、平面大手勢和微手勢，具體步驟為：查看距離項(xiàng)的變化：當(dāng)在整個(gè)手部運(yùn)動中目標(biāo)所在的距離列一直變化，則可以歸類為徑向運(yùn)動的大手勢；當(dāng)手部運(yùn)動過程中目標(biāo)所在的距離列保持不變，則可以劃分為平面手勢；

3)對于平面手勢，提取步驟1中已經(jīng)獲得的手部3D空間定位，選擇在與雷達(dá)垂直的xy平面上，當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動的距離超過閾值Δd，則根據(jù)具體在哪一方向的運(yùn)動多少進(jìn)行平面大手勢的識別；否則認(rèn)定為目標(biāo)在進(jìn)行微小運(yùn)動；

4)根據(jù)不同類型的手勢進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動檢測，具體為：徑向運(yùn)動的大手勢，采用記錄經(jīng)過數(shù)字波束形成后的3D空間位置中的徑向運(yùn)動信息的方式；針對平面大手勢，采用記錄經(jīng)過數(shù)字波束形成后的3D空間位置中的xy平面內(nèi)的定位信息的方式；針對微手勢，提取雷達(dá)中頻信號的相位后進(jìn)行解調(diào)和還原，從而進(jìn)行1D的微小運(yùn)動追蹤，從而得到三種追蹤結(jié)果中的任意一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達(dá)的4D手勢識別方法，其特征是，所述的數(shù)字波束形成，當(dāng)?shù)染嗑€性陣列的間距為d，信號從與陣列法向呈θ₀角度入射，則：

①DBF的處理過程為：信號處理器8對于給定的方向θ₀的輸出信號Y＝W^T(θ₀)X，其中：接收信號X＝{X₁，X₂，...，X_N}，第N元陣列中的第i個(gè)陣元的接收信號為X_i，W＝{w₀，w₁，...，w_N}為信號導(dǎo)向矢量，w_i＝2πdi·sin(θ₀/λ)，i＝1，2...N，兩個(gè)相鄰天線接收到的信號的相位差ΔΦ＝kdsinθ₀＝2πdsinθ₀/λ，k對應(yīng)于電磁波的傳播常數(shù)，λ為波長；

②3D空間定位的處理過程為：在給定的水平角(θ)和給定俯仰角方向上分別進(jìn)行①的步驟并將結(jié)果相乘：信號處理器8對于給定的水平角(θ)和給定俯仰角方向的輸出信號其中：X′為3×4的接收信號矩陣，W(θ)和分別為四元直線陣列指向水平角度(θ)和三元直線陣列指向俯仰角時(shí)的信號導(dǎo)向矢量；對于FMCW雷達(dá)下變頻后的中頻信號其中：s_Tx(t)和s_Rx(t)為接收和發(fā)射的信號，A為信號幅度，γ為調(diào)頻連續(xù)波頻率調(diào)制的斜率，f_c為載波頻率，R(τ)為目標(biāo)和雷達(dá)的相對距離，τ為所謂的“慢時(shí)間”，c為光速；

通過傅里葉變換得到中頻信號的頻率譜，通過R＝f_IFc/2γ進(jìn)一步將頻率譜轉(zhuǎn)化為距離譜，即完成在空間中任一指定方向的距離譜信號的獲取。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達(dá)的4D手勢識別方法，其特征是，通過Δd_x＝Δd_y＝5cm進(jìn)行平面手勢，即大手勢的判斷，所述的大手勢包括：手的徑向來回移動、平面的上滑、下滑、左滑、右滑、兩個(gè)對角線滑動這一系列動作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達(dá)的4D手勢識別方法，其特征是，所述的微手勢是指：大拇指的滑動；通過提取中頻信號的相位項(xiàng)Φ(t)計(jì)算得到微小運(yùn)動幅度x(t)＝cΦ(t)/4πf_c。