專利名稱：人體行走步態(tài)特征測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置，特別涉及一種能夠測量人體步態(tài)特征的雷達裝置，即人體行走步態(tài)特征測量裝置，該裝置主要通過檢測和分析人體行走步態(tài)特征，作為一種生物識別方法在一定距離下對廣泛人群中感興趣目標(biāo)進行檢測和分類。
背景技術(shù)：
生物認(rèn)證技術(shù)作為20世紀(jì)末期才開始蓬勃發(fā)展的高新技術(shù)，在社會生活中占據(jù)越來越重要的位置。當(dāng)前主要應(yīng)用的虹膜、人臉、指紋、DNA等識別認(rèn)證方法主要應(yīng)用于近距離的關(guān)心人群的身份識別，而在一定距離下對廣泛人群中感興趣目標(biāo)進行檢測和識別能力較差。人的步態(tài)特征反映的是身體各部位的運動特征；是人體長期行走形成的習(xí)慣，在一定時間內(nèi)很難改變，不容易隱藏和偽造。因此，人們可通過對步態(tài)的檢測和分析提取步態(tài)這一獨有生物特征，即可實現(xiàn)在一定距離下對人的識別。所以，近年來國內(nèi)外開展了基于人行走步態(tài)的生物識別技術(shù)的研究。雷達可向人體目標(biāo)發(fā)射電磁波，電磁波與人體目標(biāo)相互作用產(chǎn)生反射回波，回波中產(chǎn)生的信號改變表征了目標(biāo)的一些信息。當(dāng)目標(biāo)相對雷達運動時，回波信號的載頻會發(fā)生偏移，稱為多普勒效應(yīng)。人體行走過程中旋轉(zhuǎn)手臂和腿產(chǎn)生人體移動，使人體各部分相對雷達發(fā)生了距離變化，因此雷達照射人體時，行走人體的軀干、手臂、腿的運動產(chǎn)生不同的多普勒回波包含了由于運動變化率產(chǎn)生的微細(xì)多普勒頻率特征，這些微細(xì)多普勒頻率特征反映了人體步態(tài)特征?？墒悄壳叭绾芜\用雷達技術(shù)來測量人體步態(tài)特征國內(nèi)外還沒有相關(guān)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種人體行走步態(tài)特征測量裝置，該裝置利用連續(xù)波雷達測量人體行走過程中產(chǎn)生的回波，通過對回波的分析和檢測實現(xiàn)對人員的檢測和分類， 從而提供一種能夠在一定距離下實現(xiàn)對人員的檢測和分類。如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于 由高穩(wěn)定微波信號源，連續(xù)波發(fā)射機，環(huán)行器，收發(fā)天線，放大混頻接收通道，信號處理器， 并行數(shù)據(jù)處理與顯示終端構(gòu)成；高穩(wěn)定微波信號源的輸出為連續(xù)波發(fā)射機提供穩(wěn)定信號， 連續(xù)波發(fā)射機的輸出端連接環(huán)行器的輸入端，環(huán)形器的輸出端將微波信號發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時收發(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送入信號處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行數(shù)字濾波和時頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。上述連續(xù)波發(fā)射機由微波驅(qū)動放大器、功率耦合器、功率放大器以及電源組成；微波驅(qū)動放大器的輸入端連接高穩(wěn)定微波信號源，微波驅(qū)動放大器的輸出端連接功率耦合器，功率耦合器有兩個輸出端，一個連接到功率放大器，另一個連接到接收模塊。
上述放大混頻接收通道模塊由低噪聲放大器、雙平衡混頻器、寬帶低通濾波器、低頻放大器以及電源組成；其中低噪聲放大器與雙平衡混頻器相連，雙平衡混頻器與低通濾波器相連，低通濾波器與低頻放大器連接。上述信號處理器由窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器以及電源組成；其中窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器依次連接。上述并行數(shù)據(jù)處理器與顯示終端是由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、顯示設(shè)備以及計算機組成；其中數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)實現(xiàn)時頻頻譜分析、目標(biāo)步態(tài)特征檢測、步態(tài)特征參數(shù)提取功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計算機進行特征數(shù)據(jù)顯示。上述高穩(wěn)定微波信號源可以采用χ波段和ku波段工作頻率。上述信號處理器中窄帶低通濾波器的通帶寬度不超過500Hz。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)字信號處理器采用TI公司的TMS320C6713。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果1、本裝置采用連續(xù)波發(fā)射機作為人體步態(tài)特征信號的提取裝置，可以實現(xiàn)步態(tài)識別對一定距離外行人進行步態(tài)特征提取，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的特征識別技術(shù)具有不易被察覺的特點，所構(gòu)建的特征提取為可靠的身份識別打下了良好的基礎(chǔ)。2、本裝置在特征采集時不需要被監(jiān)測人接觸識別設(shè)備，也不需要被檢測人的配合，因而具有非強迫性和可接受性。3、用途廣泛。本裝置可以應(yīng)用于對重點區(qū)域的監(jiān)視和可疑人物的檢測，還可應(yīng)用到通過人體行走步態(tài)分析來診斷相關(guān)疾病以及肢體康復(fù)治療領(lǐng)域。4、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是連續(xù)波發(fā)射機的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是放大混頻接收通道模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是信號處理器模塊結(jié)構(gòu)框圖。圖5是并行數(shù)據(jù)處理器與顯示終端模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式如圖所示一種人體行走步態(tài)特征測量裝置，它由高穩(wěn)定微波信號源1-1，連續(xù)波發(fā)射機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，信號處理器1-6，并行數(shù)據(jù)處理器與顯示終端1-7構(gòu)成。高穩(wěn)定微波信號源的輸出為連續(xù)波發(fā)射機提供穩(wěn)定信號連接到連續(xù)波發(fā)射機1-2的3端口，連續(xù)波發(fā)射機1-2的2端口連接環(huán)行器1-3，環(huán)形器將微波信號發(fā)送到收發(fā)天線1-4，并通過天線發(fā)送出去，同時收發(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1-5的1端口，同時連續(xù)波發(fā)射機的1端口連接到放大混頻接收通道1-5的2端口為雙平衡正交放大器提供本振信號，放大混頻接收通道1-5的輸出端口 3、4分別連接到信號處理器1-6的1、2端口，信號處理器1-6將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行數(shù)字濾波和時頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號通過輸出端口 3、4連接到數(shù)據(jù)處理與顯示終端1-7的1、2端口。上述高穩(wěn)定微波信號源可以采用χ波段和ku波段工作頻率。上述連續(xù)波發(fā)射機由微波驅(qū)動放大器、功率耦合器、功率放大器以及電源組成；微波驅(qū)動放大器的輸入端連接高穩(wěn)定微波信號源，微波驅(qū)動放大器的輸出端連接功率耦合器，功率耦合器有兩個輸出端，一個連接到功率放大器，另一個連接到接收模塊。上述放大混頻接收通道模塊由低噪聲放大器、雙平衡混頻器、寬帶低通濾波器、 低頻放大器以及電源組成；其中低噪聲放大器與雙平衡混頻器相連，雙平衡混頻器與低通濾波器相連，低通濾波器與低頻放大器連接。上述信號處理器由窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器以及電源組成；其中窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器依次連接。上述窄帶低通濾波器的通帶寬度< 500Hz。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)字信號處理器采用TI公司的TMS320C6713。上述并行數(shù)據(jù)處理器與顯示終端是由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器、特征數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫、特征數(shù)據(jù)顯示設(shè)備以及計算機組成。其中數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)實現(xiàn)時頻頻譜分析、目標(biāo)步態(tài)特征檢測、步態(tài)特征參數(shù)提取功能，并且送入特征數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫以及送入計算機進行特征數(shù)據(jù)顯示。本發(fā)明的工作過程是根據(jù)對監(jiān)視環(huán)境的情況分析，將人體行走步態(tài)特征測量裝置裝配在能夠使天線覆蓋主要檢測區(qū)域，監(jiān)視來往行走人員，人體行走步態(tài)特征測量裝置發(fā)射機發(fā)射微波信號經(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微弱的回波信號進行低噪聲放大下變頻成為低頻信號并進行濾波放大，經(jīng)過放大的回波信號送入信號處理模塊進行進一步的濾波處理和放大以適應(yīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求，經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入數(shù)字信號處理器進行頻譜分析，通過數(shù)字信號處理器得到人體行走的步態(tài)頻譜數(shù)據(jù)后將這些數(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頻譜數(shù)據(jù)進行分析提取人體行走特征，主要包括人體行走步伐周期，手臂擺動速度、腿部擺動速度、人體行走速度等特征，計算機處理終端記錄和存儲這些特征為后續(xù)的人體步態(tài)檢測和識別打下基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于由高穩(wěn)定微波信號源，連續(xù)波發(fā)射機，環(huán)行器，收發(fā)天線，放大混頻接收通道，信號處理器，并行數(shù)據(jù)處理與顯示終端構(gòu)成；高穩(wěn)定微波信號源的輸出為連續(xù)波發(fā)射機提供穩(wěn)定信號，連續(xù)波發(fā)射機的輸出端連接環(huán)行器的輸入端，環(huán)形器的輸出端將微波信號發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時收發(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送入信號處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行數(shù)字濾波和時頻處理， 經(jīng)處理后的數(shù)字信號與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述連續(xù)波發(fā)射機由微波驅(qū)動放大器、功率耦合器、功率放大器以及電源組成；微波驅(qū)動放大器的輸入端連接高穩(wěn)定微波信號源，微波驅(qū)動放大器的輸出端連接功率耦合器，功率耦合器有兩個輸出端，一個連接到功率放大器，另一個連接到接收模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述放大混頻接收通道模塊由低噪聲放大器、雙平衡混頻器、寬帶低通濾波器、低頻放大器以及電源組成； 其中低噪聲放大器與雙平衡混頻器相連，雙平衡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所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述信號處理器由窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器以及電源組成；其中窄帶低通濾波器、低頻放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器依次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述并行數(shù)據(jù)處理器與顯示終端是由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、顯示設(shè)備以及計算機組成；其中數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)實現(xiàn)時頻頻譜分析、目標(biāo)步態(tài)特征檢測、步態(tài)特征參數(shù)提取功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計算機進行特征數(shù)據(jù)顯不。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述高穩(wěn)定微波信號源可以采用χ波段和ku波段工作頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述信號處理器中窄帶低通濾波器的通帶寬度不超過500Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用A/D公司的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7650。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的人體行走步態(tài)特征測量裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理器采用TI公司的TMS320C6713。
全文摘要
一種人體行走步態(tài)特征測量裝置，由高穩(wěn)定微波信號源，連續(xù)波發(fā)射機，環(huán)行器，收發(fā)天線，放大混頻接收通道，信號處理器，并行數(shù)據(jù)處理與顯示終端構(gòu)成。高穩(wěn)定微波信號源的輸出為連續(xù)波發(fā)射機提供穩(wěn)定信號，連續(xù)波發(fā)射機連接環(huán)行器將微波信號發(fā)送到收發(fā)天線，并通過天線發(fā)送出去，同時收發(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送入信號處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行數(shù)字濾波和時頻處理，經(jīng)處理后的數(shù)字信號與數(shù)據(jù)處理與顯示終端連接。本發(fā)明可以實現(xiàn)步態(tài)識別對一定距離外行人進行步態(tài)特征提取，具有非強迫性和可接受性。
文檔編號A61B5/117GK102236093SQ201010161568
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月1日
發(fā)明者張軍 申請人:天津工程師范學(xué)院