[发明专利]一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法

权利要求书

1.一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用单发双收多普勒雷达采集受试者的步态信号；

步骤2：对采集到的步态信号进行平滑滤波；

步骤3：对经过平滑滤波后的步态信号进行分段处理，将步态信号分解为多个信号片段，并利用相位解调技术恢复步态信号的相位信息；

步骤4：使用相关系数法并利用相角关系计算受试者移动方向与单发双收多普勒雷达法线方向的夹角，即偏转角θ的大小；

步骤5：利用多普勒效应计算受试者朝向雷达的移动速度，并据此计算受试者在单发双收多普勒雷达法线方向上的移动距离s；

步骤6：通过偏转角θ与移动距离s计算每个信号片段中受试者的运动方向

步骤7：根据运动方向将受试者的步态轨迹分割为多段运动方向与雷达法线方向解耦的直线步态轨迹l_{straight_trace}，分割的原则是将运动方向时序变化不超过给的阈值的连续轨迹点划分到同一直线步态轨迹中，表示如下：

其中，为k时刻受试者的运动方向，为k-1时刻受试者的运动方向，为给定阈值，A^(k)为k时刻受试者的轨迹点；从而完成基于单发双收多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述采集受试者的步态信号时，受试者在距雷达法线夹角±15°的范围内行走。

3.根据权利要求2所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述平滑滤波的方法为使用加权线性最小二乘和一阶多项式的局部回归模型对采集到的步态信号进行平滑滤波。

4.根据权利要求3所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述对经过平滑滤波后的步态信号进行分段处理时，并每帧大小和帧移均设置为2000，即0.03秒长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述相位解调技术为DACM相位解调技术，对于两个接收通道的信号片段I(k)和Q(k)，经过相位解调后相位信息为：

其中，m为时域信号的下标变量，ω[k]为信号I(k)和Q(k)经过反正切微分后的形式，Δt为采样点的时间间隔，I[i]为接收通道I在第i个采样点的振幅大小，Q[i]为接收通道Q在第i个采样点的振幅大小，I[i-1]为接收通道I在第i-1个采样点的振幅大小，Q[i-1]为接收通道Q在第i-1个采样点的振幅大小。

6.根据权利要求5所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述计算偏转角θ的过程如下：

步骤4-1：利用相关系数法计算信号片段I(k)和Q(k)的相位偏移量；

假设经过步骤2和步骤3处理后的两个接收通道的信号片段I(k)和Q(k)分别表示为和和的长度均为N，和的相关系数为为：

通过计算相关系数最大值对应的下标偏移量，得到和的相位偏移量x，表示为：

其中，getKey(.})表示计算数组某元素对应的下标变量

步骤4-2：利用相位偏移量计算和的相位差；

假设雷达的采样率为F_s，信号分段后的频率为f，每帧对应的相位为每帧对应的时间为信号周期为T，则和的相位差表示为：

步骤4-3：假设接收信号的波长为λ，和的波程差为ΔR，光速为c，则偏转角θ为：

其中，d为接收天线之间相隔的距离，即得到受试者移动方向与雷达法线夹角θ值。

7.根据权利要求6所述的一种基于SIMO多普勒雷达的弱约束步态轨迹处理方法，其特征在于，所述利用多普勒效应计算受试者朝向雷达的移动速度的方法如下：

假设信号频差为f_D(t)，雷达的发射频率为f₀，则受试者朝向雷达的移动速度v(t)为：