1.一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标识别方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、本发明调频连续波(FMCW)雷达平台采用2发4收天线共构成8个接收天线,其中前4个天线接收的信号为发射天线1的发射信号,后4个天线接收的信号为发射天线2的发射信号。将发射信号与接收到的回波信号输入到混频器,得到混频信号,再经过低通滤波器得到中频信号。
步骤二、对得到的中频信号进行构造复数信号等预处理操作,并通过时分复用即天线1和天线2利用时间间隙轮流发射信号,从而得到8路接收天线时域累积信号,接着,对得到的
8路接收天线时域累积信号进行下采样。其中,时域信号累积方式为叠加8路天线的幅值。
步骤三、将下采样后的时域累积信号划分为N个单元,每个单元包含n个采样点,并分别计算每个单元内n个采样点幅值的方差,得到方差图。
步骤四、根据方差得到方差频数统计直方图,并选取方差频数统计直方图中第二组中心值作为门限对方差幅值进行判决,将方差幅值高于门限的单元标记为目标单元H,其余单元标记为非目标单元。其中,选取直方图中第二组中心值为多次实验结果所得,且选取第二组中心值得到的实验结果效果最佳。
步骤五、在方差图中,将方差信号U中杂波影响所产生的孤立干扰方差单元O进行删除,得到方差信号H1,即步骤六、在方差图中,将由信号幅值抖动导致的拖尾方差单元P进行归并,得到方差信号H2,即H2=H∪P。此时,目标单元H2所覆盖的区域即为新的有效手势目标H。
2.根据权利要求1所述的一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标提取方法,其特征在于:所述步骤二中对得到的中频信号进行构造复数信号等预处理操作,并通过时分复用即天线1和天线2利用时间间隙轮流发射信号,从而得到8路接收天线时域信号,具体为:
2.1 FMCW雷达原始中频信号A为:
A=[a1 a2 b1 b2 ... al-1al bl-1 bl]T (1)其中,a1 a2 ... al为信号实部,b1 b2 ... bl为信号虚部。
2.2利用中频信号A生成中频复数信号B,令信号A的第i个元素和第i+2个元素构成一个复数单元,第i+1个元素和第i+3个元素构成第二个复数矩阵,以此类推,得到中频复数信号c:c=[a1+b1j a2+b2j ... al+blj]T (2)其中,j为虚数单元。
2.3采用的FMCW雷达有NT=2个发射天线和NR=4个接收天线,通过时分复用即天线1和天线2利用时间间隙轮流发射信号,得到8个虚拟接收天线阵元,信号模型为:c(m,t)=cIF(m,t)+n(m,t) (3)其中,m=1,2,...,8表示8路不同接收天线阵元,cIF(m,t)和n(m,t)分别表示第m路的信号分量和噪声分量,t表示信号随着时间可进行不断的采集,构造出接收信号的矩阵C为:然后,根据接收信号的矩阵C得到8路接收天线累积信号向量Ca为:
3.根据权利要求1所述的一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标提取方法,其特征在于:所述步骤三中计算每个单元的方差,具体为:
3.1以一段包含两个完整手势的信号为例,经过大量实验测试得知,两个手势动作持续时间约为2秒,采样率设置为2000Hz,那么2秒的采样点数为4000个。对天线时域累积信号进行下采样之后,将下采样后的时域累积信号划分为N个单元,其中,N为64。
3.2计算每个单元中n个采样点的幅度均值x:
其中,xn为各采样点对应的幅值,n是每个单元中采样点的个数,n为62。
3.3计算n个采样点幅值的方差,具体为:
其中,xi为第i个采样点的幅值。
4.根据权利要求1所述的一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标提取方法,其特征在于:所述步骤四中对目标单元的判定,具体包括:
4.1经步骤3)得到方差之后,进行方差频数统计,即把整个方差幅值区间按照0.01为区间单位进行划分,然后统计每个区间单元内的方差信号数量,从而得到方差频数统计直方图。
4.2由于频数最多的属于背景噪声等沉默信号,所以选取直方图中第二组中心值v作为门限值对方差进行判决,同时,进行多次实验对门限值进行验证,且第二组中心值实验效果最佳,其中,判决表达式w为:其中,w为判决后的方差单元,v为频数统计直方图第二组频数的中心值。将门限值v以下标记为背景噪声等沉默信号,高于门限值v可初选为目标信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标提取方法,其特征在于:所述步骤五中将时域累积信号中杂波影响所产生的孤立干扰目标单元进行删除,具体为:其中,H1为将孤立目标删除之后的方差信号,为补集符号,U整体方差信号,O为杂波影响所产生的孤立干扰方差单元,该孤立单元O为远离手势目标单元300个采样点的独立信号单元。
6.根据权利要求1所述的一种基于FMCW雷达方差频数统计的手势目标提取方法,其特征在于:所述步骤六中将由信号幅值抖动导致的拖尾目标单元进行归并,具体为:H2=H∪P (10)
其中,H2为归并后的方差信号,H表示感兴趣手势目标单元,P为信号抖动产生的拖尾方差单元,该拖尾单元P为距离手势目标单元300个采样点以内的信号单元。