專利名稱：具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型明涉及一種具有同時(shí)對(duì)多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量和提取技術(shù)和裝置，可以應(yīng)用于對(duì)重點(diǎn)區(qū)域中多人的同時(shí)監(jiān)視和可疑人物的檢測(cè)。
技術(shù)背景通過人體行走步態(tài)進(jìn)行人體識(shí)別是近年來國內(nèi)外開展的新型生物識(shí)別技術(shù)。人體行走過程中揮動(dòng)手臂、擺動(dòng)腿腳產(chǎn)生人體移動(dòng)，不同的人具有不同的行走習(xí)慣和行走速度， 因而通過檢測(cè)人體行走過程中手臂、軀干、腿腳的速度和加速度變化并提取變化參數(shù)特征可以為進(jìn)一步識(shí)別人體奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前國內(nèi)外研究采用單頻連續(xù)波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體步態(tài)特征的提取，當(dāng)人體各部分相對(duì)雷達(dá)發(fā)生了距離變化，因此雷達(dá)照射人體時(shí)，行走人體的軀干、手臂、腿的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的雷達(dá)回波包含了由于運(yùn)動(dòng)變化率產(chǎn)生的微細(xì)多普勒頻率變化特征。這些微細(xì)多普勒頻率特征反映了人體步態(tài)特征。由于采用了單頻連續(xù)波雷達(dá)，當(dāng)在不同距離上有多個(gè)人體行走時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)人體回波的疊加，進(jìn)而造成回波的多普勒頻譜的重疊和相互干擾，因而嚴(yán)重影響對(duì)人體行走特征的提取。而在日常生活中，當(dāng)應(yīng)用單頻連續(xù)波雷達(dá)來照射較遠(yuǎn)距離行走人體環(huán)境時(shí)，很大的可能會(huì)出現(xiàn)多人都在雷達(dá)的照射范圍內(nèi)，這樣會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前的步態(tài)特征提取技術(shù)失效。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)采用單頻連續(xù)波雷達(dá)測(cè)量和提取人體行走步態(tài)特征存在的問題，提出了具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，該裝置利用偽隨機(jī)編碼的良好的自相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離的人的區(qū)分和測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了在一定距離下同時(shí)對(duì)多人行走步態(tài)特征的測(cè)量和提取。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種具有同時(shí)對(duì)多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量和提取技術(shù)和裝置，其特征在于 包括偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊、連續(xù)波功率放大模塊、環(huán)行器、收發(fā)天線、放大混頻接收通道、多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理與顯示終端；偽隨機(jī)編碼調(diào)相的微波信號(hào)產(chǎn)生模塊與連續(xù)波功率放大模塊相連接，連續(xù)波功率放大模塊連接環(huán)行器將微波信號(hào)發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時(shí)收發(fā)天線接收來自目標(biāo)的反射回波， 通過環(huán)行器送入放大混頻接收通道，放大混頻接收通道的輸出連接多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的多路輸出送入并行信號(hào)處理器，信號(hào)處理器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字濾波和時(shí)頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號(hào)與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。上述偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊由時(shí)序控制電路、偽隨機(jī)編碼發(fā)生電路、 晶振時(shí)鐘電路、高穩(wěn)定微波信號(hào)源、功率耦合器、0/π調(diào)制器、濾波及放大構(gòu)成；其中端口 3 與時(shí)序控制電路相連接，時(shí)序控制電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接、晶振時(shí)鐘電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接，偽隨機(jī)編碼發(fā)生器輸出兩路信號(hào)，其中一路連接0/π調(diào)制器，另一路連接端口 4，高穩(wěn)定微波信號(hào)源與功率耦合器相連接，功率耦合器輸出分為兩路，其中一路與O/π調(diào)制器相連接，另一路連接端口 1，0/π調(diào)制器與濾波及放大相連接，濾波及放大與端口 2相連接。上述放大混頻接收通道模塊由低噪聲放大器、雙平衡正交混頻器、寬帶低通濾波器、低頻放大器以及電源模塊組成；其中低噪聲放大器與雙平衡正交混頻器相連，雙平衡正交混頻器與低通濾波器相連，低通濾波器與低頻放大器連接。上述多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器由視頻放大器、視頻分路器、多路偽隨機(jī)碼相關(guān)器、 濾波及放大器、偽隨機(jī)編碼移位電路構(gòu)成；其中端口 6與視頻放大器相連接，視頻放大器與視頻分路器相連接，視頻分路器將信號(hào)分為多路分別與各路偽隨機(jī)碼相關(guān)器相連接，偽隨機(jī)碼相關(guān)器與濾波及放大器相連接，多路濾波及放大器的輸出連接到端口 5 ；端口 7與偽隨機(jī)編碼移位電路相連接，端口 8與偽隨機(jī)編碼移位電路相連接，偽隨機(jī)編碼移位電路輸出多路偽隨機(jī)編碼移位信號(hào)分別與多路偽隨機(jī)編碼相關(guān)器相連接。上述信號(hào)處理器由多路輸入開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、晶振時(shí)鐘、數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成；其中端口 9與多路輸入開關(guān)相連接，多路輸入開關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字信號(hào)處理器相連接，數(shù)字信號(hào)處理器與端口 O、端口 11、端口 12相連接，晶振時(shí)鐘與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，數(shù)字信號(hào)處理器與多路輸入開關(guān)相連接。其中數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實(shí)現(xiàn)時(shí)頻頻譜分析、目標(biāo)步態(tài)特征檢測(cè)、步態(tài)特征參數(shù)提取等功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行特征數(shù)據(jù)顯示。本實(shí)用新型采用帶有偽隨機(jī)編碼O/ π調(diào)相的連續(xù)波收發(fā)信機(jī)作為人體步態(tài)特征信號(hào)的提取裝置，偽隨機(jī)編碼發(fā)射信號(hào)具有良好的距離相關(guān)特性，可以用來區(qū)分不同距離的人員，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定距離外多個(gè)行走人體同時(shí)進(jìn)行步態(tài)特征測(cè)量與提取，本裝置構(gòu)建的特征提取為多人同時(shí)可靠身份識(shí)別打下了良好的基礎(chǔ)。本實(shí)用新型的工作過程是將具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置根據(jù)監(jiān)視環(huán)境的要求裝配在能夠使收發(fā)天線覆蓋主要檢測(cè)區(qū)域，監(jiān)視來往行走人員。具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置中偽隨機(jī)編碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼信號(hào)，偽隨機(jī)編碼信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)序受信號(hào)處理器的控制，偽隨機(jī)編碼碼鐘由晶振時(shí)鐘電路提供，為了實(shí)現(xiàn)較高的距離區(qū)分能力，可以采用高頻晶體時(shí)鐘。產(chǎn)生的偽隨機(jī)編碼信號(hào)對(duì)高穩(wěn)定微波信號(hào)源的輸出信號(hào)進(jìn)行O/ π調(diào)相形成偽隨機(jī)編碼調(diào)相發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過連續(xù)波功率放大模塊經(jīng)過環(huán)行器通過天線輻射出去，當(dāng)輻射的電磁波遇到行走的人體時(shí)產(chǎn)生反射回波，反射回波被天線接收經(jīng)過環(huán)行器送入放大混頻接收通道模塊對(duì)微弱的回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大下變頻成為視頻信號(hào)并進(jìn)行濾波放大，不同距離的人體反射的回波信號(hào)具有不同的回波時(shí)間延時(shí)， 因而也具有不同的偽隨機(jī)編碼的延時(shí)。這一視頻信號(hào)在多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器中進(jìn)行視頻放大，然后將視頻信號(hào)通過視頻分路器分成多路視頻信號(hào)，通道數(shù)目的選擇根據(jù)需要處理的距離單元數(shù)目來確定，每一路視頻信號(hào)將通過偽隨機(jī)編碼相關(guān)器和濾波及放大器后輸出，偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的本振為偽隨機(jī)編碼移位電路輸出的經(jīng)過不同時(shí)延移位的本地偽隨機(jī)編碼信號(hào)，當(dāng)本地偽隨機(jī)編碼信號(hào)的時(shí)延與目標(biāo)在某距離上反射回波中偽隨機(jī)編碼的時(shí)延一致時(shí)，該路濾波及放大器的輸出將出現(xiàn)相應(yīng)距離上目標(biāo)的步態(tài)特征信息。
4[0015]多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的多路輸出送到信號(hào)處理器中進(jìn)行進(jìn)一步處理，為了節(jié)省電路資源，信號(hào)處理器通過多路輸入開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道的選擇，通道選擇受數(shù)字信號(hào)處理器的控制，將經(jīng)過多路輸入開關(guān)的信號(hào)通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理。通過數(shù)字信號(hào)處理器得到人體行走的步態(tài)頻譜數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄相應(yīng)的通道數(shù)和偽隨機(jī)編碼的延時(shí)狀態(tài)，將這些數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理與終端顯示模塊，數(shù)據(jù)處理與終端顯示模塊對(duì)頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提取人體行走特征和相應(yīng)的距離，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離下的不同人體行走步伐周期，手臂擺動(dòng)速度、腿部擺動(dòng)速度、人體行走速度等特征的分析和記錄，計(jì)算機(jī)處理終端記錄和存儲(chǔ)這些特征為后續(xù)的人體步態(tài)檢測(cè)和識(shí)別打下基礎(chǔ)。

圖1是具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)框圖。圖3多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是信號(hào)處理器模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
一種具有同時(shí)對(duì)多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量和提取技術(shù)和裝置，其特征在于 它由偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊1-1、連續(xù)波功率放大模塊1-2、環(huán)行器1-3，收發(fā)天線1-4，放大混頻接收通道1-5，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器1-6、信號(hào)處理器1-7、數(shù)據(jù)處理與顯示終端1-8構(gòu)成。偽隨機(jī)編碼調(diào)相的微波信號(hào)產(chǎn)生模塊與連續(xù)波功率放大模塊相連接， 連續(xù)波功率放大模塊連接環(huán)行器將微波信號(hào)發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時(shí)收發(fā)天線接收來自目標(biāo)的反射回波，通過環(huán)行器送入放大混頻接收通道，放大混頻接收通道的輸出連接多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的多路輸出送入并行信號(hào)處理器，信號(hào)處理器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字濾波和時(shí)頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號(hào)與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊1-1的端口 2與連續(xù)波功率放大模塊1-2相連接，連續(xù)波功率放大模塊1-2連接環(huán)行器1-3將微波信號(hào)發(fā)送到收發(fā)天線1-4，并通過天線發(fā)送出去，同時(shí)收發(fā)天線接收來自目標(biāo)的反射回波，通過環(huán)行器1-3送入放大混頻接收通道1-5，放大混頻接收通道1-5的輸出連接多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器1-6，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器1-6的多路輸出端口 5送入并行信號(hào)處理器1-7的端口 1，信號(hào)處理器1-7的端口 2將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字濾波和時(shí)頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號(hào)與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。其中偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊1-1的端口 3與信號(hào)處理器1-7的端口 3 相連接，偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊1-1的端口 4與多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器1-6 的端口 3相連接，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器1-6的端口 4與信號(hào)處理器1-7的端口 4相連接。上述偽隨機(jī)編碼信號(hào)在實(shí)例中采用255位碼長(zhǎng)，碼鐘采用20MHz。上述高穩(wěn)定微波信號(hào)源可以采用χ波段和ku波段工作頻率；[0027]上述多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器中濾波與放大器的通帶寬度不超過400Hz ；上述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用A/D公司的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7650 ；上述數(shù)字信號(hào)處理器主要模塊采用TI公司的TMS320C6713。
權(quán)利要求1.一種具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，其特征在于包括偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊、連續(xù)波功率放大模塊、環(huán)行器、收發(fā)天線、放大混頻接收通道、多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理與顯示終端；偽隨機(jī)編碼調(diào)相的微波信號(hào)產(chǎn)生模塊與連續(xù)波功率放大模塊相連接，連續(xù)波功率放大模塊連接環(huán)行器將微波信號(hào)發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時(shí)收發(fā)天線接收來自目標(biāo)的反射回波，通過環(huán)行器送入放大混頻接收通道，放大混頻接收通道的輸出連接多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器，多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器的多路輸出送入并行信號(hào)處理器，信號(hào)處理器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字濾波和時(shí)頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號(hào)與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，其特征在于上述偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊由時(shí)序控制電路、偽隨機(jī)編碼發(fā)生電路、 晶振時(shí)鐘電路、高穩(wěn)定微波信號(hào)源、功率耦合器、0/π調(diào)制器、濾波及放大構(gòu)成；其中端口 3 與時(shí)序控制電路相連接，時(shí)序控制電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接、晶振時(shí)鐘電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接，偽隨機(jī)編碼發(fā)生器輸出兩路信號(hào)，其中一路連接0/π調(diào)制器，另一路連接端口 4，高穩(wěn)定微波信號(hào)源與功率耦合器相連接，功率耦合器輸出分為兩路，其中一路與O/π調(diào)制器相連接，另一路連接端口 1，0/π調(diào)制器與濾波及放大相連接，濾波及放大與端口 2相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，其特征在于上述放大混頻接收通道模塊由低噪聲放大器、雙平衡正交混頻器、寬帶低通濾波器、低頻放大器以及電源模塊組成；其中低噪聲放大器與雙平衡正交混頻器相連，雙平衡正交混頻器與低通濾波器相連，低通濾波器與低頻放大器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置， 其特征在于上述多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器由視頻放大器、視頻分路器、多路偽隨機(jī)碼相關(guān)器、濾波及放大器、偽隨機(jī)編碼移位電路構(gòu)成；其中端口 6與視頻放大器相連接，視頻放大器與視頻分路器相連接，視頻分路器將信號(hào)分為多路分別與各路偽隨機(jī)碼相關(guān)器相連接， 偽隨機(jī)碼相關(guān)器與濾波及放大器相連接，多路濾波及放大器的輸出連接到端口 5 ；端口 7與偽隨機(jī)編碼移位電路相連接，端口 8與偽隨機(jī)編碼移位電路相連接，偽隨機(jī)編碼移位電路輸出多路偽隨機(jī)編碼移位信號(hào)分別與多路偽隨機(jī)編碼相關(guān)器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，其特征在于上述信號(hào)處理器由多路輸入開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、晶振時(shí)鐘、數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成；其中端口 9與多路輸入開關(guān)相連接，多路輸入開關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字信號(hào)處理器相連接，數(shù)字信號(hào)處理器與端口 0、端口 11、端口 12相連接，晶振時(shí)鐘與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，數(shù)字信號(hào)處理器與多路輸入開關(guān)相連接，其中數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實(shí)現(xiàn)時(shí)頻頻譜分析、目標(biāo)步態(tài)特征檢測(cè)、步態(tài)特征參數(shù)提取等功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行特征數(shù)據(jù)顯示。
專利摘要一種具有同時(shí)多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測(cè)量裝置，包括偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號(hào)產(chǎn)生模塊、連續(xù)波功率放大模塊、環(huán)行器、收發(fā)天線、放大混頻接收通道、多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理與顯示終端。本實(shí)用新型采用帶有偽隨機(jī)編碼調(diào)相的連續(xù)波收發(fā)信機(jī)作為人體步態(tài)特征信號(hào)的提取裝置，利用了偽隨機(jī)編碼良好的相關(guān)性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定距離外多個(gè)行人同時(shí)進(jìn)行步態(tài)特征測(cè)量與提取，本裝置構(gòu)建的特征提取為多人同時(shí)可靠身份識(shí)別打下了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01S7/41GK202256670SQ20112029479
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者張軍 申請(qǐng)人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)