專利名稱：基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式生物特征信號(hào)探測(cè)的裝置，尤其是涉及一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的生物特征識(shí)別的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物特征識(shí)別技術(shù)是利用人體生物特征進(jìn)行身份識(shí)別的一種技術(shù)。生物識(shí)別技術(shù)是模式識(shí)別的一個(gè)分支，并成為一種新的身份驗(yàn)證手段。生物特征是唯一的(與他人不同)，是可以測(cè)量或自動(dòng)識(shí)別和驗(yàn)證的生理特征或行為方式，分為生理特征和行為特征。
非接觸式探測(cè)技術(shù)事近年來(lái)提出并頗受人民關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)，其中非接觸式生命信息探測(cè)技術(shù)一電磁波為探測(cè)媒介，采用雷達(dá)方式，通過(guò)非接觸式探測(cè)呼吸、心跳所引起的人體體表微動(dòng)，進(jìn)而提取所需的人體生物特征參數(shù)。與激光、紅外探測(cè)和聲波探測(cè)技術(shù)相比，非接觸式探測(cè)技術(shù)不需要任何電極或傳感器接觸生命體，可在較遠(yuǎn)的距離內(nèi)探測(cè)到生命體的生物特征(呼吸，心跳等)，不受環(huán)境溫度、熱物體的影響。
射頻識(shí)別(Radio Frequency IdentificationRFID)技術(shù)是一種新興的接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別并交換數(shù)據(jù)的目的。通過(guò)射頻微波信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并加載相關(guān)信息，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可用來(lái)跟蹤和管理幾乎所有的物理對(duì)象，在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸管理及軍事等眾多領(lǐng)域都有廣發(fā)的應(yīng)用前景。
以RFID識(shí)別技術(shù)來(lái)進(jìn)行人體生物特征信號(hào)的探測(cè)和識(shí)別，不同于普通意義的RFID識(shí)別，因?yàn)閷?duì)于個(gè)人無(wú)須攜帶載有數(shù)據(jù)的RFID標(biāo)簽，以非接觸式的方式獲取人體生命參數(shù)信號(hào)，通過(guò)計(jì)算以識(shí)別不同人的參數(shù)信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別的方法和系統(tǒng)。通過(guò)此方法可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式人體生物生命特征信號(hào)的探測(cè)和不同人類個(gè)體識(shí)別。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是1.一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別方法1)利用多普勒頻移原理，通過(guò)微波發(fā)射電路發(fā)射電磁波測(cè)量信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)人體心肺運(yùn)動(dòng)反射調(diào)制后，呼吸及心臟跳動(dòng)信息反映在多普勒頻移效應(yīng)上；
2)回波經(jīng)接收系統(tǒng)的正交非相干解調(diào)技術(shù)得到生物特征參數(shù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理電路分離后分別得到呼吸和心跳信號(hào)，送入數(shù)字信號(hào)處理單元處理；3)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元的運(yùn)算，從而識(shí)別出不同的人類個(gè)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人身份的識(shí)別和認(rèn)證。
2.一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別系統(tǒng)天線與環(huán)行器的輸出端口連接；接收濾波器的兩端分別與環(huán)行器的接收端口和低噪聲放大器的輸入端口連接；低噪聲放大器的輸出端口與功分器的輸入端口相連；功分器的兩個(gè)輸出端口分別與第一、第二混頻器的輸入端口連接；第一預(yù)處理電路的輸入、輸出端口分別與第一混頻器的輸出端口和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端口連接；第二預(yù)處理電路的輸入、輸出端口分別與第二混頻器的輸出端口和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端口連接；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端口分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端口；數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端口分別與頻率源電路和串行接口連接；串行接口的輸出端口和計(jì)算機(jī)串行接口輸入端口連接；頻率源電路的兩個(gè)輸出端口分別和第一驅(qū)動(dòng)放大器和第二驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端口連接；功率放大器等輸入、輸出端口分別與環(huán)行器的輸入端口和第一驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端口連接；正交移相功分器的輸入端口和第二驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端口連接；正交移相功分器的兩個(gè)輸出端口分別和第一、第二混頻器的輸入端口連接。
所述的第一、第二預(yù)處理電路均分別包括前置放大電路、10Hz低通濾波器、主放大電路、0.6Hz低通濾波器、0.7Hz高通濾波器、后級(jí)放大電路、第一50Hz陷波電路和第二50Hz陷波電路；其中，前置放大電路的輸入端口接混頻器的輸出端，前置放大電路的輸出端口與10Hz低通濾波器的輸入端口連接；主放大電路的輸入端口與10Hz低通濾波器的輸出端口連接；主放大電路的輸出端口分別和0.6Hz低通濾波器、0.7Hz高通濾波器的輸入端口連接；后級(jí)放大電路的輸入、輸出端口分別與0.6Hz低通濾波器的輸出端口和第一50Hz陷波電路的輸入端口連接；0.7Hz高通濾波器的輸出端口和第二50Hz陷波電路的輸入端口連接，兩個(gè)50Hz陷波電路的兩路輸出端口分別和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩路輸入端口相連；同理，第二預(yù)處理電路的兩路輸出端口分別和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩路輸入端口相連。
所述的數(shù)據(jù)處理單元是計(jì)算機(jī)，或者使用基于微處理器、DSP或FPGA的嵌入式處理系統(tǒng)。
本發(fā)明具有的有益的效果是利用RFID技術(shù)進(jìn)行非接觸式的生物特征信號(hào)的探測(cè)和識(shí)別方法，其無(wú)須接觸人體，也不用任何電極即可識(shí)別不同的人類個(gè)體，具有目前其他識(shí)別方式所不具有的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明的基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別系統(tǒng)使用非相干解調(diào)技術(shù)接收檢測(cè)經(jīng)人體表面微動(dòng)所引起的生命特征信號(hào)，既省去了復(fù)雜的接收機(jī)本振相位同步電路，也實(shí)現(xiàn)了較高靈敏度的探測(cè)和識(shí)別。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2是本發(fā)明的預(yù)處理電路原理框圖。
圖3是本發(fā)明的頻率源電路電路圖。
圖中1、天線，2、環(huán)行器，3、接收濾波器，4、低噪聲放大器，5、功分器，6、混頻器，7、混頻器，8、預(yù)處理電路，9、預(yù)處理電路，10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，12、數(shù)字信號(hào)處理單元，13、頻率源電路，14、驅(qū)動(dòng)放大器，15、功率放大器，16、驅(qū)動(dòng)放大器，17、正交移相功分器、18、串行接口，19、計(jì)算機(jī)，20、前置放大器，21、10Hz低通濾波器，22、主放大電路，23、0.6Hz低通濾波器，24、0.7Hz高通濾波器，25、后級(jí)放大電路，26、50Hz陷波電路，27、50Hz陷波電路。
具體實(shí)施例方式
設(shè)頻率源電路所產(chǎn)生的微波信號(hào)S(t)＝Acosω0t，式中，ω0為發(fā)射信號(hào)角頻率，A為信號(hào)幅度。該微波信號(hào)由功率放大器進(jìn)行功率放大后，經(jīng)環(huán)行器送入天線發(fā)射出去，當(dāng)天線發(fā)射出去的電磁波信號(hào)遇到人體時(shí)，產(chǎn)生反射散射信號(hào)，該信號(hào)是反映人體生物特征參數(shù)信號(hào)特征的調(diào)制信號(hào)，天線接收到該回波信號(hào)后，通過(guò)環(huán)行器進(jìn)入接收系統(tǒng)進(jìn)行非相干正交解調(diào)。
設(shè)回波信號(hào)為Sr(t)＝KAcos(ω0t+ωdt+)，式中，K為系數(shù)，ωd為多普勒角頻移，為相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的初相位。
根據(jù)多普勒效應(yīng)，ωd＝2Vωc/C，其中，V為目標(biāo)的相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度，C為光速。S(t)、Sr(t)兩路信號(hào)經(jīng)混頻后，得到零拍信號(hào)Sd(t)＝Bcos(·z)+Ccos(ωdt+)式中，第一項(xiàng)為固定目標(biāo)產(chǎn)生的直流分量，第二項(xiàng)為與呼吸、心動(dòng)、體動(dòng)等相關(guān)的人體生命參數(shù)信號(hào)，是所要檢測(cè)和處理的信息。
本發(fā)明包括頻率源電路電路13，天線1，環(huán)行器2，接收濾波器3，低噪聲放大器4，功分器5，功率放大器15，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器14、16，兩個(gè)混頻器6、7，兩個(gè)預(yù)處理電路8、9(包括前置放大電路20，10Hz低通濾波器21，主放大電路22，0.6Hz低通濾波器23，0.7Hz高通濾波器24，后級(jí)放大器25，兩個(gè)50Hz陷波電路26、27)，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10、11，數(shù)字信號(hào)處理單元12，串行接口18，正交移相功分器17，計(jì)算機(jī)19和電源電路等。
如圖1所示，由頻率源電路13產(chǎn)生兩路微波信號(hào)，一路信號(hào)由驅(qū)動(dòng)放大器14和功率放大器15進(jìn)行功率放大后，經(jīng)過(guò)環(huán)行器2送入天線1發(fā)射出去，環(huán)行器2的目的是為了隔離發(fā)射和接收電路；另外一路經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器16放大后，由正交移相功分器17分裂成相位差為90度的兩路正交信號(hào)，其中一路接入第一混頻器6的本振信號(hào)輸入端，另外一路接入第二混頻器7本振信號(hào)輸入端，天線1接收到的經(jīng)人體散射的回波信號(hào)經(jīng)由環(huán)行器2送至接收濾波器3進(jìn)行濾除其他干擾信號(hào)后，送至低噪聲放大器4進(jìn)行放大后，送至功分器5，經(jīng)功分器5后分裂成兩路信號(hào)，分別接至第一混頻器6和第二混頻器7的射頻信號(hào)輸入端，第一混頻器6和第二混頻器7的信號(hào)輸出端分別接至第一預(yù)處理電路8的輸入端和第二預(yù)處理電路9的輸入端，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的信號(hào)接入第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器10和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器10和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器11的輸出端接至數(shù)字信號(hào)處理單元12的輸入端，進(jìn)而通過(guò)串行接口18送至計(jì)算機(jī)19的串行接口輸入端，經(jīng)過(guò)小波分析、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析等信號(hào)處理算法進(jìn)行相關(guān)函數(shù)的計(jì)算處理后，從而達(dá)到人類生物特征個(gè)體識(shí)別的目的。
如圖2所示，本發(fā)明中所采用的預(yù)處理電路結(jié)構(gòu)，輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)前置放大電路20進(jìn)行放大后，經(jīng)過(guò)10Hz低通濾波器21濾波后，進(jìn)入主放大電路22，經(jīng)過(guò)主放大電路22放大后的信號(hào)分別接入0.6Hz低通濾波器23和0.7Hz高通濾波器24，經(jīng)0.6Hz低通濾波器23濾波后的信號(hào)經(jīng)過(guò)后級(jí)放大器25放大，由于呼吸信號(hào)的幅度和頻率都很低，因此增加一級(jí)后級(jí)放大電路25對(duì)呼吸信號(hào)進(jìn)一步放大，然后經(jīng)過(guò)50Hz陷波電路26濾除工頻干擾后輸出呼吸信號(hào)，經(jīng)0.7Hz高通濾波器24濾波后的信號(hào)經(jīng)50Hz陷波電路27濾除工頻干擾后輸出心跳信號(hào)。
如圖3所示，所述的頻率源電路13包括ADF4360-0芯片及其外圍電阻、電容、電感、晶振等元件。
本發(fā)明所采用的核心元器件具體型號(hào)如下1)天線1為ANT_2400_B_K_C12型號(hào)收發(fā)天線或自行設(shè)計(jì)的天線；2)環(huán)行器2為RC-SS-2.4-2.5-CC-10WR型號(hào)環(huán)行器；3)接收濾波器3為SKY33100-360LF芯片；4)低噪聲放大器4為MAX2644芯片；5)功分器5為SCN-27芯片；
6)混頻器6和7均為SYM-36H芯片；7)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10和11均為AD7705芯片；8)頻率源電路13為ADF4360-0芯片；9)驅(qū)動(dòng)放大器14和16均為SKY65008芯片；10)功率放大器15為RMPA2455芯片；11)正交移相功分器17為QCN-27芯片；12)串行接口18為MAX232芯片；13)前置放大電路20為運(yùn)算放大器OP-27C芯片；14)10Hz低通濾波器21為雙運(yùn)算放大器LF353N芯片；15)0.6Hz低通濾波器23和0.7Hz高通濾波器24為OP-27C芯片；16)50Hz陷波電路26和27采用雙運(yùn)算放大器LF353N芯片。
權(quán)利要求
1.一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別方法，其特征在于1)利用多普勒頻移原理，通過(guò)微波發(fā)射電路發(fā)射電磁波測(cè)量信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)人體心肺運(yùn)動(dòng)反射調(diào)制后，呼吸及心臟跳動(dòng)信息反映在多普勒頻移效應(yīng)上；2)回波經(jīng)接收系統(tǒng)的正交非相干解調(diào)技術(shù)得到生物特征參數(shù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理電路分離后分別得到呼吸和心跳信號(hào)，送入數(shù)字信號(hào)處理單元處理；3)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元的運(yùn)算，從而識(shí)別出不同的人類個(gè)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人身份的識(shí)別和認(rèn)證。
2.一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于天線(1)與環(huán)行器(2)的輸出端口連接；接收濾波器(3)的兩端分別與環(huán)行器(2)的接收端口和低噪聲放大器(4)的輸入端口連接；低噪聲放大器(4)的輸出端口與功分器(5)的輸入端口相連；功分器(5)的兩個(gè)輸出端口分別與第一、第二混頻器(6、7)的輸入端口連接；第一預(yù)處理電路(8)的輸入、兩路輸出端口分別與第一混頻器(6)的輸出端口和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)的兩路輸入端口連接；第二預(yù)處理電路(9)的輸入、兩路輸出端口分別與第二混頻器(7)的輸出端口和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)的兩路輸入端口連接；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)的輸出端口分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元(12)的輸入端口；數(shù)字信號(hào)處理單元(12)的輸出端口分別與頻率源電路(13)和串行接口(18)連接；串行接口(18)的輸出端口和計(jì)算機(jī)(19)串行接口輸入端口連接；頻率源電路(13)的兩個(gè)輸出端口分別和第一驅(qū)動(dòng)放大器(14)和第二驅(qū)動(dòng)放大器(16)的輸入端口連接；功率放大器(15)等輸入、輸出端口分別與環(huán)行器(2)的輸入端口和第一驅(qū)動(dòng)放大器(14)的輸出端口連接；正交移相功分器(17)的輸入端口和第二驅(qū)動(dòng)放大器(16)的輸入端口連接；正交移相功分器(17)的兩個(gè)輸出端口分別和第一、第二混頻器(6、7)的輸入端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于所述的第一、第二預(yù)處理電路(8、9)均分別包括前置放大電路(20)、10Hz低通濾波器(21)、主放大電路(22)、0.6Hz低通濾波器(23)、0.7Hz高通濾波器(24)、后級(jí)放大電路(25)、第一50Hz陷波電路(26)和第二50Hz陷波電路(27)；其中，前置放大電路(20)的輸入端口接混頻器的輸出端，前置放大電路(20)的輸出端口與10Hz低通濾波器(21)的輸入端口連接；主放大電路(22)的輸入端口與10Hz低通濾波器(21)的輸出端口連接；主放大電路(22)的輸出端口分別和0.6Hz低通濾波器(23)、0.7Hz高通濾波器(24)的輸入端口連接；后級(jí)放大電路(25)的輸入、輸出端口分別與0.6Hz低通濾波器(23)的輸出端口和第一50Hz陷波電路(26)的輸入端口連接；0.7Hz高通濾波器(24)的輸出端口和第二50Hz陷波電路(27)的輸入端口連接。兩個(gè)50Hz陷波電路(26、27)的兩路輸出端口分別和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)的兩路輸入端口相連；同理，第二預(yù)處理電路(9)的兩路輸出端口分別和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)的兩路輸入端口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理單元(12)是計(jì)算機(jī)，或者使用基于微處理器、DSP或FPGA的嵌入式處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于射頻識(shí)別的非接觸式生物特征識(shí)別方法與系統(tǒng)。包括頻率源電路、天線、環(huán)形器、低噪聲放大器、功分器、混頻器、功率放大器、預(yù)處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理單元和計(jì)算機(jī)通訊電路。使用頻率源電路產(chǎn)生的微波信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大電路進(jìn)行功率放大后，再由天線發(fā)生出去，經(jīng)人體胸腔散射回來(lái)的信號(hào)中必然存在由于人體呼吸與心跳引起的多普勒頻移。通過(guò)接收部分的正交非相干解調(diào)電路和預(yù)處理電路，得到攜帶有呼吸及心臟跳動(dòng)信息的回波信號(hào)，利用數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分析。因?yàn)槊總€(gè)人的心臟跳動(dòng)都是不同的，因此通過(guò)特定的數(shù)據(jù)處理算法，即可以從中識(shí)別出不同的人類個(gè)體。
文檔編號(hào)A61B5/02GK101049239SQ20071006848
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者冉立新, 王圣禮, 顧昌展 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)