一种基于FMCW穿墙雷达检测静止人体目标的方法及系统与流程

本发明属于人体目标检测，具体涉及一种基于fmcw穿墙雷达检测静止人体目标的方法及系统。

背景技术：

1、穿墙雷达通过发射特定频段的电磁波，可穿透墙壁、废墟等非金属障碍物，接收人体目标的回波，从而实现对人体的探测和定位，是灾难救援等应用中非常重要的探测感知手段。静止人体目标是指只有呼吸心跳和身体的微动，其位置不发生变化的微动目标，而静止目标是指场景中的墙体、家具等无生命的目标。频率高于3ghz的电磁波难以穿透甚至无法穿透诸如混凝土、粘土等材质的墙体，因此，选择合适波段的电磁波，才能够以较低的衰减穿透这些障碍物，达到探测室内隐蔽人体目标的目的。

2、正常状态下，人体的心跳和呼吸频率维持在一个稳定的范围。人体呼吸和心跳频率范围是0.2～0.5hz和0.8～2.5hz，对应的胸腔振动幅度分别为5～15mm和2～3mm，生命体征检测通常采用毫米波fmcw(frequency modulated continuous wave，调频连续波)雷达，其波长较短，人体呼吸时胸腔的微小位移也能引起相位的明显变化，因此，对雷达中频信号的相位进行分析处理可以得到人体的心跳和呼吸信息，从而进行人体目标检测。但是人体的心跳和呼吸信号容易受环境杂波和噪声的影响，导致人体目标检测的虚警概率偏高。

3、因此，需要一种新的静止人体目标检测方法，能有效区分静止人体目标和其他干扰信号，降低检测虚警的概率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于fmcw穿墙雷达检测静止人体目标的方法及系统，用于解决现有的静止人体目标检测的虚警概率偏高的问题。

2、本发明第一方面，公开了一种基于fmcw穿墙雷达检测静止人体目标的方法，所述方法包括：

3、获取fmcw雷达的回波信号，并混频得到中频信号，对所述中频信号进行采样，得到二维信号矩阵；

4、对所述二维信号矩阵按行进行距离维fft，得到距离-慢时间像；

5、根据所述距离-慢时间像提取所有静止目标的相位信息，并分别计算所述相位信息的自相关函数峰值间隔；

6、分别根据所述自相关函数峰值间隔估计各个静止目标的信号频率，剔除信号频率不在人体呼吸频率范围之内的静止目标，得到静止人体目标。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述对所述中频信号进行采样，得到二维信号矩阵具体包括：

8、通过模数转换器adc对所述中频信号进行采样，得到中频采样数据；

9、对中频采样数据每隔p帧抽取一帧，经过m×p×tc时间段后，得到一个雷达回波的二维信号矩阵；其中，m表示总帧数，tc为一个chirp的扫描时间长度。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据所述距离-慢时间像提取所有静止目标的相位信息具体包括：

11、对距离-慢时间像的每个距离单元进行静态杂波抑制处理，得到滤波后的距离-慢时间像；

12、对滤波后的距离-慢时间像进行距离维的能量累积，得到能量积累结果；

13、对能量积累结果进行一维cfar检测，得到所有静止目标所在的距离门的序号；

14、基于所述所有静止目标所在的距离门的序号，沿时间维提取所有静止目标所在的距离门的相位信息。

15、在以上技术方案的基础上，优选的，所述对距离-慢时间像的每个距离单元进行静态杂波抑制处理的公式为：

16、

17、其中，m＝0,1,…,m-1，m为慢时间维的帧数序号，m为总帧数；k＝0,1,…,k-1，k为距离维的距离单元序号，k为距离单元总数；s(m,k)、为静态杂波抑制处理前、后的第m帧距离-慢时间像；

18、所述对滤波后的距离-慢时间像进行距离维的能量累积的公式为：

19、

20、其中，x(k)为能量累积结果。

21、在以上技术方案的基础上，优选的，所述分别计算所述相位信息的自相关函数峰值间隔具体包括：

22、分别计算各个静止目标所在距离门的相位信息的自相关函数：

23、分别对所述自相关函数进行归一化计算，得到归一化的自相关函数；

24、分别计算归一化的自相关函数的峰值，分别计算各个自相关函数的峰值之间的时间间隔作为自相关函数峰值间隔。

25、在以上技术方案的基础上，优选的，所述分别计算各个静止目标所在距离门的相位信息的自相关函数的公式为：

26、

27、其中，rp(i)为第p个静止目标所在距离门的相位信息的自相关函数值，m、i均为帧数序号，分别为第p个静止目标所在距离门的第m帧、第m+i帧相位信息，p＝1,2,…,p，p为检测到的静止目标总数。

28、在以上技术方案的基础上，优选的，所述方法还包括：

29、对所述静止人体目标进行多次检测，如果在连续多次的检测结果中，同一距离门被检测到的次数大于预设阈值，则将所述静止人体目标判定为有效静止人体目标，将所述有效静止人体目标作为最终的检测结果；

30、将对应的距离门索引记为aj，通过aj值计算有效静止人体目标的距离：

31、

32、其中，d代表有效静止人体目标的距离，c代表光速，μ为调频斜率，tc为一个chirp的扫描时间长度。

33、本发明第二方面，公开了一种基于fmcw穿墙雷达检测静止人体目标的系统，所述系统包括：

34、预处理模块：用于获取fmcw雷达的回波信号，并混频得到中频信号，对所述中频信号进行采样，得到二维信号矩阵；

35、信号变换模块：用于对所述二维信号矩阵按行进行距离维fft，得到距离-慢时间像；

36、相位分析模块：用于根据所述距离-慢时间像提取所有静止目标的相位信息，并分别计算所述相位信息的自相关函数峰值间隔；

37、目标识别模块：用于分别根据所述自相关函数峰值间隔估计各个静止目标的信号频率，剔除信号频率不在人体呼吸频率范围之内的静止目标，得到静止人体目标。

38、本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

39、其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

40、所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本发明第一方面所述的方法。

41、本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现如本发明第一方面所述的方法。

42、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

43、1)本发明采集fmcw雷达的中频信号并进行分析处理，得到距离-慢时间像，从中提取所有静止目标的相位信息，并通过自相关函数峰值间隔确定各个静止目标的频率信息，通过判断静止目标的频率是否在人体呼吸信号的频率范围内来区分静止人体目标和其他干扰信号，可有效降低检测时虚警的概率，提高墙后静止人体目标检测的准确度。

44、2)本发明通过对距离-慢时间像的每个距离单元进行静态杂波抑制处理，可以有效减小或消除杂波的影响，提高对静止目标信号的检测灵敏度，随后对滤波后的距离-慢时间像进行距离维的能量累积，提高信噪比，从而更好地区分静止目标和杂波，一维cfar检测，可以有效地检测出所有静止目标所在的距离门的序号，可以在复杂背景下准确提取静止目标的相位信息，从而帮助实现对静止目标的可靠检测和定位。

45、3)本发明分别计算各个静止目标所在距离门的相位信息的自相关函数，根据各个归一化的自相关函数的峰值间隔确定信号的周期和频率，得到静止目标的频率，可以更准确地提取静止目标的频域特征，提高了雷达对静止目标的探测能力。

46、4)本发明为进一步减少虚警，对识别到的静止目标进行多次检测验证，确定有效静止人体目标，并根据多次检测到的同一距离门的索引计算有效静止人体目标的距离，实现室内隐蔽人体目标的精准检测和定位。