[发明专利]基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统与方法

权利要求书

1.一种基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统，其特征在于：包括发射链路和接收链路，发射链路包括基带信号产生模块、发射机和发射天线(1)，接收链路包括三个接收机及其各自连接的接收天线(2)与共用的信号采集处理模块，信号采集处理模块与上位机连接，信号采集处理模块与基带信号产生模块连接进行时钟同步；发射天线(1)和三个接收天线(2)构成天线阵列，所有天线均平行朝向于人手方向，三个接收天线(2)摆放位置不同且不共线；发射的信号经由目标反射后由三个接收天线(2)接收，目标在运动时各自接收到的信号也不同，根据三个接收链路采集到的不同信号数据解算得到人手整体在三维空间中的运动轨迹，通过采集到信号的特征匹配识别获得手指的运动动作；

所述的发射链路中，基带信号产生模块包括时钟晶振和滤波器，发射机包括锁相环、混频器和功率放大器及其外围电路，时钟晶振经滤波器连接到混频器的一个输入端，锁相环的输出作为射频载波信号，连接到混频器的另一个输入端，混频器的输出端经功率放大器连接到发射天线(1)；

所述接收链路的每个接收机所在的子链路中，接收机包括低噪声放大器、正交解调器、滤波器和锁相环，信号采集处理模块包括每个接收机后面跟着的双通道AD转换器和共用的微处理器，接收天线(2)接收到的信号经低噪声放大器放大后作为正交解调器的射频输入，锁相环产生的射频载波信号则接到正交解调器的本振输入端，正交解调器的IQ输出分别通过各自的滤波器后由双通道AD转换器采集转为数字信号传送到微处理器；

所述发射机和接收机均采用零中频架构；

所述的发射天线(1)和三个接收天线(2)均采用贴片式天线，贴于同一平面上，人手位于四个天线的正前方；

基带信号产生模块产生正弦基带信号，传送到发射机中与射频载波信号直接混频得到副载波信号，副载波信号通过发射天线(1)发射出后经人手反射再由接收天线(2)接收获得回波信号，回波信号在接收机中与射频载波信号进行直接下变频处理，然后经带通滤波后由信号采集处理模块采集获得采样数据，由采样数据通过解算获得相位信息，并使用双频测距原理通过两个频率的相位差获得人手目标到天线的距离信息；通过三个接收机采集到不同方向的回波信号，经由上述处理后获得各自的人手目标到天线的距离信息，形成人手整体在三维空间中的运动轨迹，并由采样数据通过与已构建的模型进行匹配识别得到手指的运动动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统，其特征在于：所述系统为同步系统，主体现在两处时钟同步：一是所述发射机和三个接收机内部锁相环的参考源均来自于同一个时钟晶振；二是基带信号产生模块的时钟晶振信号同时作为信号采集处理模块的时钟。

3.根据权利要求1所述的一种基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统，其特征在于：所述的发射天线(1)位于三个接收天线(2)形成的三角形的内部或边沿。

4.一种非接触式手势识别方法，其基于权利要求1所述的一种基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统，其特征在于包括以下步骤：

基带信号产生模块产生正弦基带信号，传送到发射机中与射频载波信号直接混频得到副载波信号，副载波信号通过发射天线(1)发射出后经人手反射再由接收天线(2)接收获得回波信号，回波信号在接收机中与射频载波信号进行直接下变频处理，然后经带通滤波后由信号采集处理模块采集获得采样数据，由采样数据通过解算获得相位信息，并使用双频测距原理通过两个频率的相位差获得人手目标到天线的距离信息；通过三个接收机采集到不同方向的回波信号，经由上述处理后获得各自的人手目标到天线的距离信息，形成人手整体在三维空间中的运动轨迹，并由采样数据通过与已构建的模型进行匹配识别得到手指的运动动作。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式手势识别方法，其特征在于：所述的副载波信号由正弦基带信号和射频载波信号直接混频得到。

6.根据权利要求4所述的一种非接触式手势识别方法，其特征在于：所述正弦基带信号为单频正弦信号，其频率远低于射频载波信号。

7.根据权利要求4所述的一种非接触式手势识别方法，其特征在于：所述的信号采集处理模块使用带通采样对信号进行采样，采样频率远低于正弦基带信号的频率，且使得频域上采集的信号不相互重叠。