一种基于信号合成的毫米波雷达伪目标生成方法和系统

本发明涉及一种基于毫米波雷达信号合成的伪目标数据生成及嵌入方案，属于信息安全。

背景技术：

1、随着智能家居和物联网技术的发展，家庭安全成为人们关注的重要问题。智能感知系统在家庭安全中起到关键作用，其中毫米波雷达作为一种主要的感知技术之一，可以提供高精度的目标检测和跟踪能力。

2、毫米波雷达是一种利用毫米波频段的电磁波进行测距和探测的无线电技术。相比传统的雷达系统，毫米波雷达具有更高的频率和更短的波长，因此可以实现更高的分辨率和更精确的检测能力。毫米波雷达在自动驾驶、安全监控、人机交互等领域具有广泛的应用。它可以通过发送并接收毫米波信号，准确地测量目标物体的距离、速度和方向。由于毫米波具有较高的穿透力和抗干扰能力，毫米波雷达在复杂环境下依然能够提供可靠的检测结果。毫米波雷达的工作原理是通过发射器发送毫米波信号，然后接收器接收回波信号并进行处理。通过分析回波信号的时间延迟、频率变化和幅度变化，可以确定目标物体的位置和运动状态。毫米波雷达具有高精度、高可靠性和快速响应的特点，能够在各种天气条件下工作，并且不受光线和颜色等因素的影响。

3、然而，当家中没有人时，雷达数据的泄露可能泄露家中的人员存在情况并引发盗窃等危险。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何降低毫米波雷达感知中的数据泄露造成的影响。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种基于信号合成的毫米波雷达伪目标生成方法，包括：

3、人体对象生成阶段，具体操作步骤如下：

4、步骤1-1，基于已有的用户移动轨迹数据集，拼接组合成新的轨迹；

5、步骤1-2，基于已有的smpl动作捕捉数据集，向新轨迹上嵌入人体模型；

6、人造呼吸阶段，具体操作步骤如下：

7、步骤2-1，基于已有的呼吸曲线数据集，拼接组合成新的呼吸曲线；

8、步骤2-2，在人体网格模型中通过控制顶点位置来模拟呼吸引起的胸腔、腹腔张缩；

9、反射建模阶段，操作步骤如下：

10、步骤3-1，根据雷达位置和人体对象位置，提取人体网格中的可视面；

11、步骤3-2，对可视面进行降采样以降低计算量；

12、步骤3-3，根据房间结构，以光线追踪的方式计算信号的多径传播；

13、信号合成阶段，操作步骤如下：

14、步骤4-1，基于测试给出的信道衰减系数、天线增益信息，计算信道的链路预算；

15、步骤4-2，根据雷达信号的数学模型，计算其中频信号。

16、进一步的，所述步骤1-1中，在雷达传感器的日常使用中存储用户移动轨迹数据集，并拼接组合成新的轨迹；步骤1-2中，对动作捕捉数据集的轨迹和伪造轨迹进行位移校正，计算数据集轨迹和伪造轨迹的累积位移，然后将它们作为自变量，对伪造轨迹的坐标进行插值，使伪造的人体对象具有真实的速度特征。

17、进一步的，步骤2-1中，在雷达传感器的日常使用中存储用户呼吸曲线数据集，并拼接组合成新的呼吸曲线；步骤2-2中，将smpl模型的关节点“脊柱1”和“脊柱3”的连线设为脊柱，将人体部位“脊柱”和“脊柱1”设为胸腔和腹腔，对于胸腔和腹腔的每个网格顶点，向脊柱作垂线，以确定顶点移动方向，然后，根据设定好的呼吸曲线，同时控制这些顶点的移动。

18、进一步的，步骤3-1中，使用遮挡点去除算法提取人体网格中的可视面；步骤3-2中，在降采样后，将滤除点的反射强度叠加到保留点，以维持人体对象整体反射强度的稳定；步骤3-3中，仅计算主要平面反射面的一阶和二阶多径反射。

19、进一步的，步骤4-1中，信道幅度因子由下式算得：

20、

21、其中α，l，g，σ分别为信道幅度因子、信道损失、天线增益和雷达截面积，天线增益由测试或厂家技术手册获得，雷达截面积在步骤3-1计算可视面时获得，信道损失由下式算得：

22、

23、其中λ和d分别为波长和雷达-网格点距离；

24、步骤4-2中，各网格点的中频信号由下式算得：

25、

26、其中s、t、at、j、c、f0、b、t分别为中频信号、t时刻、雷达发射信号幅度、复数符号、光速、雷达chirp信号起始频率、雷达带宽、雷达chirp信号持续时间。

27、本发明还提供一种基于信号合成的毫米波雷达伪目标生成系统，包括：

28、人体对象生成模块，具体包括：

29、新轨迹拼接单元，用于基于已有的用户移动轨迹数据集，拼接组合成新的轨迹；

30、人体模型嵌入单元，用于基于已有的smpl动作捕捉数据集，向新轨迹上嵌入人体模型；

31、人造呼吸模块，具体包括：

32、新的呼吸曲线拼接单元，用于基于已有的呼吸曲线数据集，拼接组合成新的呼吸曲线；

33、模拟呼吸单元，用于在人体网格模型中通过控制顶点位置来模拟呼吸引起的胸腔、腹腔张缩；

34、反射建模模块，具体包括：

35、可视面提取单元，用于根据雷达位置和人体对象位置，提取人体网格中的可视面；

36、降采样单元，用于对可视面进行降采样以降低计算量；

37、多径传播计算单元，用于根据房间结构，以光线追踪的方式计算信号的多径传播；

38、信号合成模块，具体包括：

39、链路预算计算单元，用于基于测试给出的信道衰减系数、天线增益信息，计算信道的链路预算；

40、中频信号计算单元，用于根据雷达信号的数学模型，计算其中频信号。

41、进一步的，所述新轨迹拼接单元中，在雷达传感器的日常使用中存储用户移动轨迹数据集，并拼接组合成新的轨迹；人体模型嵌入单元中，对动作捕捉数据集的轨迹和伪造轨迹进行位移校正，计算数据集轨迹和伪造轨迹的累积位移，然后将它们作为自变量，对伪造轨迹的坐标进行插值，使伪造的人体对象具有真实的速度特征。

42、进一步的，所述新的呼吸曲线拼接单元中，在雷达传感器的日常使用中存储用户呼吸曲线数据集，并拼接组合成新的呼吸曲线；模拟呼吸单元中，将smpl模型的关节点“脊柱1”和“脊柱3”的连线设为脊柱，将人体部位“脊柱”和“脊柱1”设为胸腔和腹腔，对于胸腔和腹腔的每个网格顶点，向脊柱作垂线，以确定顶点移动方向，然后，根据设定好的呼吸曲线，同时控制这些顶点的移动。

43、进一步的，所述可视面提取单元中，使用遮挡点去除算法提取人体网格中的可视面；降采样单元中，在降采样后，将滤除点的反射强度叠加到保留点，以维持人体对象整体反射强度的稳定；多径传播计算单元中，仅计算主要平面反射面的一阶和二阶多径反射。

44、进一步的，所述链路预算计算单元中，信道幅度因子由下式算得：

45、

46、其中α，l，g，σ分别为信道幅度因子、信道损失、天线增益和雷达截面积，天线增益由测试或厂家技术手册获得，雷达截面积在步骤3-1计算可视面时获得，信道损失由下式算得：

47、

48、其中λ和d分别为波长和雷达-网格点距离；

49、中频信号计算单元中，各网格点的中频信号由下式算得：

50、

51、其中s、t、at、j、c、f0、b、t分别为中频信号、t时刻、雷达发射信号幅度、复数符号、光速、雷达chirp信号起始频率、雷达带宽、雷达chirp信号持续时间。

52、本发明的优点在于：

53、(1)本发明的基于数据生成的伪目标生成路线可以进行细粒度的人体模型构建，并为天线阵列的每个信道生成独特的信号。

54、(2)本发明可以在合成信号中嵌入高真实度的感知特征，能够实现对潜在入侵者的较高欺骗效果。