[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

说明书

本发明公开了一种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。发射链路包括基带信号产生模块、发射机和发射天线，接收链路包括信号采集处理模块、三个接收机及其各自连接的接收天线，信号采集处理模块与上位机连接，并与基带信号产生模块时钟同步；天线均使用贴片天线，均平行朝向于人手方向，三个接收天线摆放位置不同且不共线；发射信号经由目标反射后由接收天线接收，根据接收采集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。本发明实现了非接触性地对人手在三维空间中定位和跟踪以及手势识别，具有抗干扰能力强，架构简单、成本低的优点，数据处理方便，节省计算资源。

技术领域

本发明涉及一种非接触式手势识别系统，尤其是涉及了一种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。

背景技术

随着计算机技术的发展，人机交互变得越来越重要，手势识别作为其中一个重要的分支，具有输入速度快、与人的生活习惯相适应、输入类型多、自由度高等优点。特别是在未来可穿戴设备等显示屏较小的智能系统，以及新兴的虚拟现实交互的应用中，低成本、快速便捷的的手势识别技术显得尤为必要。

传统的手势识别技术多是基于摄像头的图像识别，具有可识别手势复杂多样，识别准确率高的优点。但是其识别解算需要大量的计算和搜索，对计算机硬件资源需求很高。这种方案同时也面临着对外界光线条件敏感的问题，当光线很强或很弱时会影响采集的图像质量甚至导致致盲。

另一种使用较多的方法是基于传感器技术的手势识别。传感器一般使用陀螺仪和加速度传感器，将传感器固定于用户肢体上，根据采集到的数据恢复出人的肢体在三维空间中的运动。该方案具在硬件简单、成本低的优点。但它需要在用户肢体上一直固定着该设备，不符合用户习惯，而且只能识别出手的整体运动，无法识别手指的具体动作，可识别手势单一，不能进行复杂交互。

使用雷达技术来进行手势识别是近来一种全新的方案，具有可集成性好、结构简单、抗干扰能力强的优点。但是传统的单接收链路雷达只能测量一维运动，识别简单手势。而且传统的连续波雷达发射的信号为单频信号，无法测量目标的具体位置。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明基于雷达技术，提出了一种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。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于连续波微多普勒雷达的非接触式手势识别系统：

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，接收链路包括三个接收机及其各自连接的接收天线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；发射天线和三个接收天线构成天线阵列，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。

发射的信号经由目标反射后由三个接收天线接收，三个接收天线的摆放位置不同，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数据可以解算出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可以匹配识别手指的动作。

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。