[發(fā)明專利]超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111269767.0
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114002655A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何密;粘永健;劉炳文;魏良;張珠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍醫(yī)大學(xué)
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/88
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發(fā)明提出了一種超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。該方法為：持續(xù)接收超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)回波信號；對N個周期的雷達(dá)回波信號進(jìn)行混頻、濾波和快速傅里葉變換，得到N×M維的距離時間矩陣RT；在距離時間矩陣RT的列方向進(jìn)行動目標(biāo)顯示處理,得到動目標(biāo)顯示處理后的距離時間矩陣RT_MTI；根據(jù)距離時間矩陣RT或動目標(biāo)顯示處理后的距離時間矩陣RT_MTI得到距離多普勒譜矩陣；選取距離多普勒譜矩陣中的最優(yōu)距離單元，對其對應(yīng)的時序信號進(jìn)行時頻分析，得到時間多普勒譜；將該時間多普勒譜用于人體行為識別。該方法能夠在保證較高識別率的前提下大大減小深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，能獲得更優(yōu)秀的行為識別性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人體姿態(tài)識別技術(shù)對于描述人體姿態(tài)、預(yù)測人體行為至關(guān)重要，近年來廣泛應(yīng)用于智能控制、醫(yī)療康復(fù)、輔助教練、體感游戲、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。相比于可穿戴式慣性傳感器，視頻、壓力、射頻類等非入侵式環(huán)境傳感器不需要用戶佩戴，也不存在電池供電受限等問題；相比于視頻、音頻等感知設(shè)備，以雷達(dá)為代表的射頻類傳感器能夠更好地保護(hù)用戶隱私，能更好地適應(yīng)各種光照、噪音環(huán)境，有些頻段甚至可以穿墻探測。

目前用于人體姿態(tài)識別的雷達(dá)多采用連續(xù)波多普勒體制，為窄帶雷達(dá)，不具備高的距離分辨率。針對這種體制雷達(dá)的數(shù)據(jù)分析方法主要是時頻分析方法，如短時傅里葉變換，分析雷達(dá)回波信號中各種頻率成分隨時間的變化規(guī)律，從中提取特征指標(biāo)后輸入機器學(xué)習(xí)模型，或?qū)r頻分析方法得到的時間多普勒譜直接送入深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以區(qū)分不同人體姿態(tài)動作類型。

隨著微電子和芯片技術(shù)的發(fā)展，近年來國外涌現(xiàn)出多款超寬帶連續(xù)波生物芯片雷達(dá)，這種體制的雷達(dá)同時具備高的距離分辨率和速度分辨率，能夠為人體姿態(tài)識別提供更加多維的信息，從而提升識別效率。在得到雷達(dá)回波數(shù)據(jù)多維度的信息后，可從中提取特征指標(biāo)后輸入機器學(xué)習(xí)模型，或直接將多維度圖譜送入深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，以區(qū)分不同人體姿態(tài)動作類型。

在雷達(dá)數(shù)據(jù)分析方法上不同于窄帶連續(xù)波生物雷達(dá)，超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)的主要區(qū)別在于具有隨時間變化的多個距離分辨單元。在提取特征時，多采用滑窗重疊取樣分析特征指標(biāo)。由于采用滑窗重疊取樣計算，時頻分析方法的計算量相對傅里葉變換較大，因此通常情況下(即線上實時處理計算資源有限的情況下)，不可能對每個距離單元的時序信號做時頻分析。因此，如何挑選合適的距離單元對應(yīng)的時序信號進(jìn)一步時頻分析，是超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法,包括以下步驟：

持續(xù)接收超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)回波信號；

對N個周期的雷達(dá)回波信號進(jìn)行混頻、濾波和快速傅里葉變換，得到N×M維的距離時間矩陣RT，M為超寬帶連續(xù)波生物雷達(dá)的距離分辨單元數(shù)量；

在距離時間矩陣RT的慢時間方向進(jìn)行動目標(biāo)顯示處理,得到動目標(biāo)顯示處理后的距離時間矩陣RT_MTI；

根據(jù)距離時間矩陣RT或動目標(biāo)顯示處理后的距離時間矩陣RT_MTI得到距離多普勒譜矩陣；

選取距離多普勒譜矩陣中的最優(yōu)距離單元，對其對應(yīng)的時序信號進(jìn)行時頻分析，得到時間多普勒譜；

將該時間多普勒譜用于分類識別任務(wù)。