一种新的毫米波雷达手势信号处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110988863A(43)申请公布日2020.04.10(21)申请号201911321301.3(22)申请日2019.12.20(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号北京工业大学(72)发明人赛景波吕园园张繁军(51)Int.Cl.G01S13/50(2006.01)G01S7/41(2006.01)G06K9/00(2006.01)G06N3/04(2006.01)G06N3/08(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种新的毫米波雷达手势信号处理方法(57)摘要本发明公布了一种新的基于毫米波雷达的手势信号处理和特征提取方法。基于77GHZ的FMCW雷达平台，将手简化成由多个散射点组成的模型，对手势运动进行整体分析和局部分析，提取距离质心、多普勒质心、瞬时能量、方位角、俯仰角、方位角和多普勒相关性、俯仰角和多普勒相关性、方位角和俯仰角相关性、目标个数、正多普勒单元总能量、负多普勒单元总能量、正多普勒单元总能量和负多普勒单元总能量相关性、当前帧的距离多普勒矩阵合成向量和上一帧的距离多普勒矩阵合成向量的差向量、当前帧的距离多普勒矩阵合成向量和上一帧的距离多普勒矩阵合成向量的空间角度变化等特征参数。利用这些特征参数制作数据集，采用LSTM网络进行手势分类。CN110988863ACN110988863A权利要求书1/2页1.本发明公布了一种新的基于毫米波雷达的手势回波信号处理方法。基于77GHZ的FMCW雷达平台，通过合理配置雷达参数，得到高距离分辨率和高速度分辨率，提出天线虚拟阵列扩展和共轭扩展算法将雷达俯仰角分辨率提高到方位角分辨率分别提高到1.67倍和3.5倍。它将手简化成由多个散射点组成的模型，分别对手势运动进行整体分析和局部分析，提取了距离质心、多普勒质心、瞬时能量、方位角、俯仰角、方位角和多普勒相关性、俯仰角和多普勒相关性、方位角和俯仰角相关性、目标个数、正多普勒单元总能量、负多普勒单元总能量、正多普勒单元总能量和负多普勒单元总能量相关性、当前时刻的距离多普勒矩阵合成向量和上一时刻的距离多普勒矩阵合成向量的差向量、当前时刻的距离多普勒矩阵合成向量和上一时刻的距离多普勒矩阵合成向量的空间角度变化等特征参数。2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的手势信号处理和特征提取参数，具体如下：1)将中频信号依次进行一维傅里叶变换和二维傅里叶变换之后得到TX*RX个维度为M*N的R-D矩阵Yi(k,j)。如图9所示为一根虚拟天线对应的距离多普勒矩阵Y(k,j)。2)将1)中得到的TX*RX个距离多普勒矩阵Yi(k,j)，沿着天线方向做幅值累加合成一个距离多普勒矩阵Sum(k,j)(k＝0,1,2,……N-1,j＝0,1,2,……M-1)。3)将2)中得到的Sum(k,j)分别按照行、列方向进行累加分别计算距离质心Range_Weight、多普勒质心Doppler_Weight、瞬时能量Energy。4)比较距离多普勒矩阵Sum(k,j)中幅值最大点对应的距离索引Range_Inx和多普勒单元索引Doppler_Inx。5)如图2、图3所示，对接收天线依次进行虚拟扩展和共轭扩展。沿着扩展之后的天线方向，计算Yi(Range_Inx,Doppler_Inx)序列的空间傅里叶变换得到角度空间谱，搜索得到整个手部的方位角索引Azi_Inx和俯仰角索引Ele_Inx，从而计算出方位角Azimuth和俯仰角Elevation。6)计算方位角和多普勒的相关系数Azi_Dop_corr。7)计算俯仰角和多普勒的相关系数Ele_Dop_corr。8)计算方位角和俯仰角的相关系数Azi_Ele_corr。9)对距离多普勒矩阵Sum(k,j)进行CFAR(恒虚警率)算法处理，得到每一帧的目标个数Num_detected。10)计算距离多普勒矩阵Sum(k,j)中正多普勒能量和Pos_Energy和负多普勒能量Neg_Energy。11)将3)中得到的距离质心Range_Weight、多普勒质心Doppler_Weight、瞬时能量Energy以及10)中得到的正多普勒能量Pos_Energy和负多普勒能量Pos_Energy进行预处理。12)计算每一帧中手部合成点向量随时间的空间矢量变化Derivative_sub(T)以及Derivative_vector(T)。13)计算正多普勒能量Pos_Energy和负多普勒能量Pos_Energy的相关性Pos_Neg_Energy_corr(T)。14)将3)中得到的距离质心Range_Weight、多普勒质心Doppler_Weight、11)中得到的瞬时能量Ener