[发明专利]基于人体模型的LFMCW雷达探测运动人体目标的方法

摘要

本发明公开了一种基于人体模型的LFMCW雷达探测运动人体目标的方法，步骤如下：将LFMCW雷达回波差拍信号进行模数转换，并对每个PRI回波差拍数据进行FFT处理，获得人体慢速运动时LFMCW雷达差拍信号的频域数据并在慢时间‑距离域二维平面重新排列；构建Boulic人体步行模型，并根据人体运动步态频率和初始相位范围，在步态频率‑初始相位二维平面上构建多个不同参数的人体躯干运动模型，构造出LFMCW雷达回波非线性相位补偿信号并对重排数据进行相位补偿，然后进行FFT处理得到四维空间的处理结果；通过恒虚警检测处理判决出某距离单元是否存在目标，并在存在目标的情况下得到目标的距离、速度与步态频率信息。本发明提升了LFMCW雷达检测的信噪比，从而改善了其在强地杂波中对人体目标的探测性能。

主权项

1.一种基于人体模型的LFMCW雷达探测运动人体目标的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将LFMCW雷达回波差拍信号进行模数转换，然后依次对每个脉冲重复周期回波差拍数据进行快速傅里叶变换处理，获得人体慢速运动时LFMCW雷达差拍信号的频域数据，并将该数据在慢时间‑距离域二维平面重新排列；步骤2，根据LFMCW雷达接收回波时长构建Boulic人体步行模型，并根据Boulic人体步行模型中的人体运动步态频率和初始相位范围，在步态频率‑初始相位二维平面上构建多个不同参数的人体躯干运动模型，将人体躯干运动模型与发射波形参数结合，构造出LFMCW雷达回波非线性相位补偿信号；步骤3，使用构建的非线性相位补偿信号对步骤1中重排数据进行四维空间相位补偿，然后对补偿后的结果进行FFT处理得到多普勒频率‑距离单元‑初始相位‑步态频率四维空间的处理结果；步骤4，对每个距离单元下不同初始相位、步态频率对应的多普勒维数据进行恒虚警检测处理判决出该距离单元是否存在目标，并在存在目标的情况下得到目标的距离、速度与步态频率信息；步骤1所述将LFMCW雷达回波差拍信号进行模数转换，然后依次对每个脉冲重复周期回波差拍数据进行快速傅里叶变换处理，获得人体慢速运动时LFMCW雷达差拍信号的频域数据，并将该数据在慢时间‑距离域二维平面重新排列，具体如下：(1.1)对每个脉冲重复周期内雷达回波差拍信号Δf(t)进行A/D采样处理，将第m个PRI的采样结果记为xm：xm＝[x(m,1),x(m,2),...,x(m,n),...,x(m,N)]T  (1)其中，x(m,n)表示在第m个PRI内模数转换后的第n点回波时域数据；(1.2)对xm进行N点快速傅里叶变换处理，获得第m个PRI内N点频域结果Xm：Xm＝[X(m,1),X(m,2),...,X(m,n),...,X(m,N)]T  (2)其中，X(m,n)表示在第m个PRI内FFT后的第n点频域数据；(1.3)重复步骤(1.1)～(1.2)，采集M个PRI内的差拍频域数据作为一个相参处理间隔，记为X：X＝[X1,X2,...,Xm,...,XM]T  (3)将X按照慢时间‑距离域二维平面排列，完成频域数据重排；步骤2所述根据LFMCW雷达接收回波时长构建Boulic人体步行模型，并根据Boulic人体步行模型中的人体运动步态频率和初始相位范围，在步态频率‑初始相位二维平面上构建多个不同参数的人体躯干运动模型，将人体躯干运动模型与发射波形参数结合，构造出LFMCW雷达回波非线性相位补偿信号，具体如下：(2.1)根据Boulic人体步行模型，进行步态频率‑初始相位平面人体躯干运动模型的构造，在构造人体躯干运动模型时，躯干的运动时长与X时长对应，数据X的总时长Tm为：Tm＝M·Tr  (4)其中Tr是LFMCW雷达发射信号重复周期；(2.2)在Boulic人体步行模型中，人体相对步行速度vr范围是0m/s到3m/s，根据相对步行速度vr和步态频率fgait间的关系，得fgait范围是0Hz到1.3Hz，关系式如下：vr＝(fgait·1.346)2  (5)将fgait离散为P点，则其中第p个步态频率fgait(p)为同理初始相位范围是0到2π，将离散成Q点，则第q个初始相位为：(2.3)在f_gait(p)和条件下第m个脉冲重复周期对应的人体躯干运动位移s_p,q(m)如下：依次改变m取值获得单个相参处理间隔下人体躯干运动模型sp,q：sp,q＝[sp,q(1),sp,q(2),...,sp,q(m),...,sp,q(M)]T  (9)(2.4)将s_p,q与LFMCW雷达发射波形参数相结合，构建f_gait(p)和条件下单个相参处理间隔对应的LFMCW雷达回波非线性相位补偿信号H_p,q：其中，fc是LFMCW雷达发射信号载频，c是光速；(2.5)分别遍历所有p、q的值，完成步态频率‑初始相位平面LFMCW雷达回波非线性相位补偿信号的构造。