專利名稱：具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型明涉及一種具有同時對多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測量和提取技術(shù)和裝置，可以應(yīng)用于對重點區(qū)域中多人的同時監(jiān)視和可疑人物的檢測。
技術(shù)背景通過人體行走步態(tài)進(jìn)行人體識別是近年來國內(nèi)外開展的新型生物識別技術(shù)。人體行走過程中揮動手臂、擺動腿腳產(chǎn)生人體移動，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)實現(xiàn)對人體步態(tài)特征的提取，當(dāng)人體各部分相對雷達(dá)發(fā)生了距離變化，因此雷達(dá)照射人體時，行走人體的軀干、手臂、腿的運(yùn)動產(chǎn)生的雷達(dá)回波包含了由于運(yùn)動變化率產(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人體行走時，就會產(chǎn)生多個人體回波的疊加，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，很大的可能會出現(xiàn)多人都在雷達(dá)的照射范圍內(nèi)，這樣會導(dǎo)致當(dāng)前的步態(tài)特征提取技術(shù)失效。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對采用單頻連續(xù)波雷達(dá)測量和提取人體行走步態(tài)特征存在的問題，提出了具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，該裝置利用偽隨機(jī)編碼的良好的自相關(guān)特性實現(xiàn)對不同距離的人的區(qū)分和測量，從而實現(xiàn)了在一定距離下同時對多人行走步態(tài)特征的測量和提取。本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種具有同時對多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測量和提取技術(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處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進(jìn)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。上述偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(chǎn)生模塊由時序控制電路、偽隨機(jī)編碼發(fā)生電路、 晶振時鐘電路、高穩(wěn)定微波信號源、功率耦合器、0/π調(diào)制器、濾波及放大構(gòu)成；其中端口 3 與時序控制電路相連接，時序控制電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接、晶振時鐘電路與偽隨機(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，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)編碼移位信號分別與多路偽隨機(jī)編碼相關(guān)器相連接。上述信號處理器由多路輸入開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、晶振時鐘、數(shù)字信號處理器構(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)字信號處理器相連接，數(shù)字信號處理器與端口 O、端口 11、端口 12相連接，晶振時鐘與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，數(shù)字信號處理器與多路輸入開關(guān)相連接。其中數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實現(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)提取等功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計算機(jī)進(jìn)行特征數(shù)據(jù)顯示。本實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)特征信號的提取裝置，偽隨機(jī)編碼發(fā)射信號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，因而可以實現(xiàn)對一定距離外多個行走人體同時進(jìn)行步態(tài)特征測量與提取，本裝置構(gòu)建的特征提取為多人同時可靠身份識別打下了良好的基礎(chǔ)。本實用新型的工作過程是將具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置根據(jù)監(jiān)視環(huán)境的要求裝配在能夠使收發(fā)天線覆蓋主要檢測區(qū)域，監(jiān)視來往行走人員。具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置中偽隨機(jī)編碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼信號，偽隨機(jī)編碼信號的產(chǎn)生時序受信號處理器的控制，偽隨機(jī)編碼碼鐘由晶振時鐘電路提供，為了實現(xiàn)較高的距離區(qū)分能力，可以采用高頻晶體時鐘。產(chǎn)生的偽隨機(jī)編碼信號對高穩(wěn)定微波信號源的輸出信號進(jìn)行O/ π調(diào)相形成偽隨機(jī)編碼調(diào)相發(fā)射信號，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(jìn)行低噪聲放大下變頻成為視頻信號并進(jìn)行濾波放大，不同距離的人體反射的回波信號具有不同的回波時間延時， 因而也具有不同的偽隨機(jī)編碼的延時。這一視頻信號在多通道偽隨機(jī)編碼相關(guān)器中進(jìn)行視頻放大，然后將視頻信號通過視頻分路器分成多路視頻信號，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)過不同時延移位的本地偽隨機(jī)編碼信號，當(dāng)本地偽隨機(jī)編碼信號的時延與目標(biāo)在某距離上反射回波中偽隨機(jī)編碼的時延一致時，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處理器中進(jìn)行進(jìn)一步處理，為了節(jié)省電路資源，信號處理器通過多路輸入開關(guān)實現(xiàn)對多通道的選擇，通道選擇受數(shù)字信號處理器的控制，將經(jīng)過多路輸入開關(guān)的信號通過模擬數(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)字信號處理器進(jìn)行處理。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)，同時記錄相應(yīng)的通道數(shù)和偽隨機(jī)編碼的延時狀態(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，可以實現(xiàn)對不同距離下的不同人體行走步伐周期，手臂擺動速度、腿部擺動速度、人體行走速度等特征的分析和記錄，計算機(jī)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)。

圖1是具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置的結(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是信號處理器模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
一種具有同時對多人的行走步態(tài)特征進(jìn)行測量和提取技術(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處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進(jìn)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。偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(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送入并行信號處理器1-7的端口 1，信號處理器1-7的端口 2將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進(jìn)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。其中偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(chǎn)生模塊1-1的端口 3與信號處理器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與信號處理器1-7的端口 4相連接。上述偽隨機(jī)編碼信號在實例中采用255位碼長，碼鐘采用20MHz。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；[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1.一種具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，其特征在于包括偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(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處理器，信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進(jìn)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所述的具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，其特征在于上述偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(chǎn)生模塊由時序控制電路、偽隨機(jī)編碼發(fā)生電路、 晶振時鐘電路、高穩(wěn)定微波信號源、功率耦合器、0/π調(diào)制器、濾波及放大構(gòu)成；其中端口 3 與時序控制電路相連接，時序控制電路與偽隨機(jī)編碼發(fā)生器相連接、晶振時鐘電路與偽隨機(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，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所述的具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，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所述的具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置， 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所述的具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，其特征在于上述信號處理器由多路輸入開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、晶振時鐘、數(shù)字信號處理器構(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)字信號處理器相連接，數(shù)字信號處理器與端口 0、端口 11、端口 12相連接，晶振時鐘與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接，數(shù)字信號處理器與多路輸入開關(guān)相連接，其中數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理器實現(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)提取等功能，并且送入基于數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及送入計算機(jī)進(jìn)行特征數(shù)據(jù)顯示。
專利摘要一種具有同時多人行走特征提取能力的偽隨機(jī)編碼測量裝置，包括偽隨機(jī)編碼調(diào)相微波信號產(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、信號處理器、數(shù)據(jù)處理與顯示終端。本實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)特征信號的提取裝置，利用了偽隨機(jī)編碼良好的相關(guān)性可以實現(xiàn)對一定距離外多個行人同時進(jìn)行步態(tài)特征測量與提取，本裝置構(gòu)建的特征提取為多人同時可靠身份識別打下了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號G01S7/41GK202256670SQ20112029479
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者張軍 申請人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)