一种基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置

技术特征：
1.一种基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，该装置包括：设置在人体目标上的多通道雷达和数据处理终端；所述多通道雷达在俯仰向和方位向分别配置至少两个通道，用于对应地实时采集各个通道的人体目标的俯仰向运动数据和方位向运动数据，并将其发送至数据处理终端；所述数据处理终端，用于实时接收各个通道所采集的俯仰向运动数据和方位向运动数据，对其进行处理，得到关于人体目标的各个通道的速度、距离和时间三维运动数据；对各个通道的三维运动数据进行相干叠加，并进行人体目标检测；对检测出的人体目标三维运动数据做多通道联合处理，得到运动数据所对应的俯仰角和方位角；通过设置人体目标的俯仰阈值和方位阈值，分离和提取不同人体目标的运动数据。2.根据权利要求1所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述人体目标具有不同肢体；该不同肢体包括：左手臂、右手臂、左膝、右膝、左脚和右脚。3.根据权利要求1所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述数据处理终端包括：三维运动数据获取模块、目标检测模块、联合处理模块和分离提取模块；所述三维运动数据获取模块，用于实时接收各个通道所采集的俯仰向运动数据和方位向运动数据，对其进行处理，得到关于人体目标的各个通道的速度、距离和时间三维运动数据；所述目标检测模块，用于对各个通道的三维运动数据进行相干叠加，并进行人体目标检测；所述联合处理模块，用于对检测出的人体目标三维运动数据做多通道联合处理，得到运动数据所对应的俯仰角和方位角；所述分离提取模块，用于通过设置人体目标的俯仰阈值和方位阈值，分离和提取不同人体目标的运动数据。4.根据权利要求3所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述三维运动数据获取模块包括：数据接收单元，用于实时接收各个通道所采集的俯仰向运动数据和方位向运动数据；和三维运动数据处理单元，用于当多通道雷达的通道数目为n时，对各个通道采集的俯仰向运动数据和方位向运动数据分别做距离向脉冲压缩处理，获取各个通道的人体目标的距离-时间信息，进而在慢时间域做时频分析处理，获取各个通道的人体目标的速度-时间信息；对各个通道的人体目标的距离-时间信息和各个通道的人体目标的速度-时间信息进行整合处理，最终获取各个通道的人体目标的距离、速度和时间的三维运动数据s
i
(r,v,t)；其中，下标i表示第i个通道；i＝1,2,
…
,n。5.根据权利要求3所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述目标检测模块的具体实现过程包括：假设对各个通道的人体目标的距离、速度和时间的三维运动数据为s
i
(r,v,t)；对各个通道的人体目标的距离r、速度v和时间t的三维运动数据做相干叠加处理，得到叠加处理后的结果s(r,v,t)：
进而对s(r,v,t)做目标检测处理，剔除不满足目标检测条件的三维运动数据，检测出满足目标检测条件的人体目标三维运动数据s
e
(r,v,t)：其中，r
m
为三维运动数据中距离维r向量的第m个元素；v
n
为三维运动数据中速度维v向量的第n个元素；t
p
为三维运动数据中时间维t向量的第p个元素；目标检测条件为依次判断叠加处理后的结果s(r,v,t)中的各个元素s(r
m
,v
n
,t
p
)的幅值是否大于预先设置的幅度门限阈值th
s
，依次取m＝1,2,3,
…
,m，n＝1,2,3,
…
,n，p＝1,2,3,
…
,p，判断是否满足abs[s(r
m
,v
n
,t
p
)]>th
s
如果abs[s(r
m
,v
n
,t
p
)]≤th
s
，则判定不满足目标检测条件，并将其进行剔除；如果abs[s(r
m
,v
n
,t
p
)]>th
s
，则判定满足目标检测条件，保留该元素s(r
m
,v
n
,t
p
)；并存储叠加处理后的结果s(r,v,t)中满足目标检测条件的数据元素s(r
m
,v
n
,t
p
)中的下标index
e
＝[r
e
,v
e
,t
e
]，用于提取各个通道三维运动数据s
i
(r,v,t)经目标检测后的三维运动数据s
ei
(r,v,t)其中，r
e
＝[r
me
,r
me 1
,r
me 2
,
…
,r
me
]，me≥1,且me≤m；v
e
＝[v
ne
,v
ne 1
,v
ne 2
,
…
,v
ne
]，ne≥1,且ne≤n，t
e
＝t，对每一通道的三维运动数据s
i
(r,v,t)按照存储的数据元素下标index
e
，依次提取i个通道经目标检测后的三维运动数据s
ei
(r,v,t)：6.根据权利要求3所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述联合处理模块包括：方位位置获取单元和俯仰位置获取单元；所述方位位置获取单元，用于对每个通道经目标检测后的三维运动数据s
ei
(r,v,t)，其包括方位向三维运动数据s
eip
(r,v,t)和俯仰向三维运动数据s
eiq
(r,v,t)；选取方位向三维运动数据s
eip
(r,v,t)中的通道m的三维运动数据s
eipm
(r,v,t)和通道n的三维运动数据s
eipn
(r,v,t)进行共轭相乘取相角，两个通道间信号的相位差信息δφ1：δφ1＝angle{s
eipm
(r,v,t)
×
conj[s
ejpn
(r,v,t)]}基于得到的相位差δφ1，计算人体目标相对于雷达的方位角θ1：其中，d为通道间的基线长度，λ为雷达发射信号的波长；进而得到人体目标相对于雷达的方位位置x1：其中，r为人体目标到雷达的距离；所述俯仰位置获取单元，用于选取俯仰向三维运动数据s
eiq
(r,v,t)中的通道m的三维
运动数据s
eiqm
(r,v,t)和通道n的三维运动数据s
eiqn
(r,v,t)进行共轭相乘取相角，两个通道间信号的相位差信息δφ2：δφ2＝angle{s
eiqm
(r,v,t)
×
conj[s
ejqn
(r,v,t)]}基于得到的相位差δφ2，计算人体目标相对于雷达的方位角θ2：其中，d为通道间的基线长度，λ为雷达发射信号的波长；进而得到人体目标相对于雷达的俯仰位置x2：其中，r为人体目标到雷达的距离。7.根据权利要求3所述的基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，其特征在于，所述分离提取模块具体包括：阈值设置单元、数据接收单元和判断单元；所述阈值设置单元，用于设置人体目标相对于雷达的方位向阈值th
x
，用于区分人体目标的左右肢体；设置人体目标相对于雷达的俯仰向阈值th
y1
，用于区分人体目标的上半身和下半身；设置人体目标相对于雷达的俯仰阈值th
y2
，其中，th
y1
>th
y2
，用于区分人体目标的下半身的膝盖和脚；所述数据接收单元，用于接收每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1和人体目标相对于雷达的俯仰位置x2，并将其发送至判断单元；所述判断单元，用于对接收的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1和人体目标相对于雷达的俯仰位置x2分别进行判断；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1≤th
x
，并且俯仰位置x2≥th
y1
，则该三维运动数据归属于人体目标的左手臂；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1>th
x
，并且俯仰位置x2≥th
y1
，则该三维运动数据归属于人体目标的右手臂；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1≤th
x
，并且俯仰位置th
y2
<x2<th
y1
，则该三维运动数据归属于人体目标的左膝；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1>th
x
，并且俯仰位置th
y2
<x2<th
y1
，则该三维运动数据归属于人体目标的右膝；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1≤th
x
，并且俯仰位置x2≤th
y2
，则该三维运动数据归属于人体目标的左脚；如果得到的每个三维运动数据所对应的人体目标相对于雷达的方位位置x1>th
x
，并且俯仰位置x2≤th
y2
，则该三维运动数据归属于人体目标的右脚；通过对每个通道的三维运动数据所对应的方位位置和俯仰位置，分别对三维运动数据进行上述阈值判断，以分离和提取人体目标的不同肢体的三维运动数据。

技术总结
本发明属于雷达目标的运动数据探测应用技术领域，具体地说，涉及一种基于多通道雷达提取人体不同肢体运动数据的装置，该装置包括：设置在人体目标上的多通道雷达和数据处理终端；所述多通道雷达在俯仰向和方位向分别配置至少两个通道，用于对应地实时采集各个通道的人体目标的俯仰向运动数据和方位向运动数据；所述数据处理终端，用于实时接收各个通道所采集的俯仰向运动数据和方位向运动数据，对其进行处理，得到关于人体目标的各个通道的速度、距离和时间三维运动数据；并对其进行相干叠加和人体目标检测；对检测出的人体目标三维运动数据做多通道联合处理，通过设置人体目标的俯仰阈值和方位阈值，分离和提取人体不同肢体的运动数据。体的运动数据。体的运动数据。


技术研发人员：贺娴娴 张云华 董晓
受保护的技术使用者：中国科学院国家空间科学中心
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/6/14