[发明专利]基于时变距离-多普勒图的超宽带雷达动作识别方法

说明书

本发明公开了一种基于时变距离‑多普勒图的超宽带雷达动作识别方法，包括：(1)采集并对雷达信号进行杂波滤除处理；(2)根据杂波滤除后的雷达信号的时频分布特性判断动作是否发生，并截取动作发生的时间段；(3)根据动作发生的时间段构建时变距离‑多普勒图；(4)采用主成分分析方法或自编码器提取时变距离‑多普勒图的特征信息；(5)构建动作识别网络，其包括至少一个门控循环单元和softmax分类器，利用提取的特征信息以及对应的真值标签对动作识别网络进行训练，获得动作识别模型；(6)应用时，按照步骤(1)～(4)获得待识别动作的特征信息，并将该特征信息输入至动作识别模型中，经计算输出动作识别结果。

技术领域

本发明属于目标识别领域，具体涉及一种基于时变距离-多普勒图的超宽带雷达动作识别方法。

背景技术

近年来，基于雷达的动作识别由于其与辅助生活问题的相关性而引起了人们的极大关注。具体到实际应用，该技术可以帮助对紧急状况进行告警，或者协助长期室内活动量的统计分析，这对独居老人来说尤其有用。根据相关研究，如果只考虑预期寿命的增长，全球调整后的中位年龄将从2000年的26.6岁上升到2050年的31.1岁，到2100年甚至将达到32.9岁。严重的老龄化将会增加社会劳动力们的工作压力，导致许多老年人将不得不在家进行自我照顾。在这种情况下，独居的老人很可能会在不知情的情况下跌倒，最终导致死亡。动作识别可以帮助检测跌倒的发生并及时发出警报，以最大限度地减少后续的物理伤害甚至挽救生命。此外，记录的日常活动信息还可以帮助进行健康评估，以便家庭成员可以及时做出适当的回应。

室内监控技术，根据其对动作识别的感知手段可以分为两类：可穿戴式解决方案和环境解决方案。典型的可穿戴式解决方案包括加速度计，陀螺仪或它们的融合方案。可穿戴式解决方案的性能不受外部环境的影响，但是它们的侵入性可能导致被监控目标产生排斥心理。摄像机是一种高性能的环境解决方案，由于它可以捕获大量信息，因此在动作识别领域具有巨大的优势。但缺点是基于摄像头的解决方案容易受到光照强度的影响而且容易泄露隐私，因此它们仅适合在公共场所进行安装，而不适用于安装在家庭隐私环境中来进行长期监控。

超宽带雷达在以前主要用于军事用途，最近才开始在民用领域中发挥作用，各种研究都证实了它有潜力成为领先的家庭监控传感器之一。超宽带雷达的主要优点是低功耗，非侵入性和隐私保护性，其检测性能不易受光强度或障碍物的影响。在以往的初步研究中，研究人员通常使用预定义的基于时间-多普勒图(TDI)或者距离-多普勒图(RDI)的特征对运动进行分类。这些预定义特征的表达效果受外部变量的影响很大，并且通常需要相关专家来设计，这是非常耗时的。为了解决这个问题，也有研究者提出了一些启发性的特征，例如基于小波的特征和梅尔频率倒谱系数 (MFCC)。这些特征的定义来自其他研究领域，无需在雷达应用中做特定设计，但分类结果相对不令人满意。由于TDI丢失了目标动作的距离信息、 RDI这种雷达信号的表示方式则丢失了动作的时间信息，而且不能直观的对动作进行动态建模，因此无论怎么改进特征提取方法，方案的识别效果均到达了一个瓶颈，不能满足实际应用的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于时变距离-多普勒图的超宽带雷达动作识别方法，该超宽带雷达动作识别方法能够准确地识别用户的动作。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于时变距离-多普勒图的超宽带雷达动作识别方法，包括以下步骤：

(1)采集雷达信号，并对雷达信号进行杂波滤除处理，获得杂波滤除后的雷达信号；

(2)根据杂波滤除后的雷达信号的时频分布特性判断动作是否发生，并截取动作发生的时间段；

(3)根据动作发生的时间段构建时变距离-多普勒图；

(4)采用主成分分析方法或自编码器提取时变距离-多普勒图的特征信息；