基于毫米波雷达的运动物体检测方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的运动物体检测方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.毫米波雷达是指工作在毫米波波段(millimeter wave)的雷达，典型波长为1～10mm，更广义的毫米波雷达包括5.8ghz,10.5ghz，24ghz等频点，毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的优点。随着半导体技术的发展，近几年消费电子级别的毫米波雷达开始广泛应用，结合智能家居、智慧照明、智能门锁、健康安全、老人监护等应用场景，对人员体动、心率呼吸、距离等信号进行非视觉、非接触生命体征检测。
3.相关技术中的毫米波雷达检测普遍存在对运动物体检测准确度差，以及由于高频信号大数据量带来的运算需求高，继而导致成本高昂无法大规模应用的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于毫米波雷达的运动物体检测方法，提高了目标区域运动物检测精准度，降低了运算复杂度和对设备的运算能力需求，有利于降低毫米波雷达检测设备的成本。
5.本发明的第二个目的在于提出一种基于毫米波雷达的运动物体检测装置。
6.本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
7.本发明的第四个目的在于提出一种电子设备。
8.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种基于毫米波雷达的运动物体检测方法，所述方法包括：接收毫米波雷达的回波信号，并将所述回波信号与预设载波信号进行混频，得到混频信号；对所述混频信号进行滤波，并对滤波后得到的基带信号进行快速傅里叶变换fft运算；查找fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确定目标频谱分量范围，并对所述目标频谱分量范围内频谱分量的能量值进行求和；根据求和结果判断所述毫米波雷达是否检测到运动物体。
9.根据本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法，在计算fft运算后输出的l个频谱分量的能量值，判断目标区域是否存在运动物体时，对fft运算后输出的l个频谱分量进行限缩，确定目标频谱分量范围，并根据目标频谱分量范围内各频谱分量的能量值之和，判断目标区域是否有运动物体，保证了求和统计的基本是运动物体反射信号能量，大大降低了噪声的影响，提高了检测的准确度；同时由于统计频谱分量能量时，不需要对全部频点的能量进行统计，只统计部分频点的能量，节省了运算资源。
10.另外，根据本发明上述实施例提出的基于毫米波雷达的运动物体检测方法还可以具有如下附加的技术特征：
11.根据本发明的一个实施例，查找所述fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确
定目标频谱分量范围，包括：计算所述fft运算结果中各频谱分量的能量值；查询所述能量值中的最大值，并将所述最大值对应的频谱分量作为目标频谱分量；根据所述目标频谱分量确定所述目标频谱分量范围。
12.根据本发明的一个实施例，所述fft运算结果中频谱分量的个数l满足下式：
[0013][0014]
其中，fs表示回波信号采样频率，fd表示运动物体导致的最大多普勒频移，n表示fft运算的点数。
[0015]
根据本发明的一个实施例，所述目标频谱分量范围包括所述目标频谱分量左边第一预设值个频谱分量、所述目标频谱分量和所述目标频谱分量右边第二预设值个频谱分量。
[0016]
根据本发明的一个实施例，计算所述fft运算结果中频谱分量的能量值，包括：根据所述fft运算结果获取所述频谱分量的同向分量和正交分量；计算所述同向分量和所述正交分量的平方和，得到所述频谱分量的能量值。
[0017]
根据本发明的一个实施例，计算所述fft运算结果中频谱分量的能量值，包括：根据所述fft运算结果获取所述频谱分量的同向分量和正交分量；对所述同向分量和所述正交分量取绝对值；计算同向分量绝对值和正交分量绝对值的和，得到所述频谱分量的能量值。
[0018]
根据本发明的一个实施例，根据求和结果判断所述毫米波雷达是否检测到运动物体，包括：当所述求和结果大于或等于预设门限值时，确定所述毫米波雷达检测到运动物体；当所述求和结果小于所述预设门限值时，确定所述毫米波雷达未检测到运动物体。
[0019]
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种基于毫米波雷达的运动物体检测装置，所述装置包括：接收模块，用于接收毫米波雷达的回波信号，并将所述回波信号与预设载波信号进行混频，得到混频信号；滤波模块，用于对所述混频信号进行滤波；运算模块，用于对滤波后得到的基带信号进行快速傅里叶变换fft运算，查找fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确定目标频谱分量范围，并对所述目标频谱分量范围内频谱分量的能量值进行求和；判断模块，用于根据求和结果判断所述毫米波雷达是否检测到运动物体。
[0020]
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本发明第一方面实施例提出的基于毫米波雷达的运动物体检测方法。
[0021]
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如本发明第一方面实施例提出的基于毫米波雷达的运动物体检测方法。
[0022]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0023]
图1是本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法的流程图；
[0024]
图2是本发明一个实施例的确定目标频谱分量范围的流程图；
[0025]
图3是本发明一个实施例的频谱分量的能量值的流程图；
[0026]
图4是本发明另一个实施例的频谱分量的能量值的流程图；
[0027]
图5是本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测装置的示意图；
[0028]
图6是本发明实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
[0029]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030]
下面将结合说明书附图1-6以及具体的实施方式对本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法、装置及存储介质进行详细地说明。
[0031]
图1是本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法的流程图。如图1所示，基于毫米波雷达的运动物体检测方法可包括：
[0032]
s1，接收毫米波雷达的回波信号，并将回波信号与预设载波信号进行混频，得到混频信号。
[0033]
需要说明的是，毫米波为1～10mm(毫米)波长的电磁波，其介于红外光波和微波频段相交叠的波长范围。毫米波雷达是利用毫米波波长短，空间分辨率高的特性进行测距、测速。毫米波雷达使用30～300ghz频域的电磁波，更广义的毫米波雷达还使用5.8ghz，10.5ghz，24ghz等频点的电磁波。
[0034]
具体地，毫米波雷达设备在检测目标区域是否有运动物体时，向目标区域发射毫米波信号，发射的毫米波信号经运动物体反射后产生回波信号。在检测目标区域是否有运动物体时，可根据接收到的回波信号获取目标区域中运动物体的信息。
[0035]
在本发明的实施例中，设毫米波雷达发射的毫米波信号(发射信号)如下(1)式所示：
[0036]
s0(t)＝a0cos(ωt φ0) (1)
[0037]
毫米波雷达发射的毫米波信号遇到运动物体以后，反射回接收机的回波信号为：
[0038]
r(t)＝a1cos(ωt φ1(t)) n(t)
ꢀꢀ
(2)
[0039]
其中，n(t)为高斯白噪声，φ1(t)为回波信号的相位角。φ1(t)由如下(3)式所示的三部分组成。
[0040]
φ1＝φ0 2πfδt 2πfdt
′ꢀꢀ
(3)
[0041]
其中，φ0是发射信号相位，2πfδt是由于毫米波雷达设备收发信号(发射信号与回波信号)的时间差导致的固定相位，2πfdt
′
是由处于运动中的运动物体多普勒频移引起的相位。如果目标区域没有运动物体，则(3)式中的第三项2πfdt
′
为0。
[0042]
毫米波雷达设备在接收到回波信号后，将回波信号与预设载波信号进行混频，即将(2)式所示的回波信号r(t)与如下(4)式所示的本地同频载波信号s1(t)进行相乘得到混频信号d(t)。其中，本地同频载波信号s1(t)和混频信号d(t)的公式分别为：
[0043]
s1(t)＝a0cos(ωt φ2)
ꢀꢀ
(4)
[0044]
d(t)＝r(t)*s1(t)＝(a1cos(ωt φ1(t)) n(t))*a0cos(ωt φ2)
ꢀꢀ
(5)
[0045]
对(5)式进行展开，得到(6)式：
[0046][0047]
由混频信号d(t)的展开式可以看出，混频信号d(t)的第一项、第二项均包含φ1(t)，混频信号d(t)的第二项和第三项是高频成分。
[0048]
s2，对混频信号进行滤波，并对滤波后得到的基带信号进行快速傅里叶变换fft运算。
[0049]
具体地，可利用毫米波雷达设备接收通道的低通滤波器对混频信号d(t)的第二项和第三项进行滤除。混频信号d(t)经过接收通道的低通滤波器以后，其第二项和第三项被有效滤除，得到基带信号，即混频信号d(t)的第一项，可以利用混频信号d(t)的第一项中的φ1进行运动物体检测。
[0050]
进一步具体地，混频信号d(t)经过低通滤波以后，得到基带信号d
′
(t)如(7)式所示：
[0051][0052]
其中，
[0053]
φ1(t)-φ2＝φ
0-φ2 2πfδt 2πfdt
′
[0054]
对(7)式进行fft运算，可以检测其中是否包含非直流的频率成分。如果有，则说明目标区域(毫米波雷达附近)有运动物体，否则没有运动物体存在。
[0055]
s3，查找fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确定目标频谱分量范围，并对目标频谱分量范围内频谱分量的能量值进行求和。
[0056]
对于一个n点的fft运算，其fft运算结果中有l个频谱分量，其中，l＜n。由于求取l个频谱分量的能量值计算量太大，且根据l个频谱分量的能量值确定目标区域是否有运动物体的精准度较低。本发明实施例根据回波信号采样频率fs和运动物体可能导致的最大多普勒频移fd进一步对fft运算结果中l个频谱分量进行限缩，即确定运动物体一定范围内对应的频谱分量，仅计算运动物体一定范围内对应的频谱分量的能量值，以节约运算资源。
[0057]
在本发明实施例中，fft运算结果中频谱分量的个数l可满足下式：
[0058][0059]
其中，fs表示回波信号采样频率，fd表示运动物体导致的最大多普勒频移，n表示fft运算的点数。通过上述公式设置的频谱分量的个数l可以保障计算准确性的同时节省运算资源。
[0060]
具体地，可求取范围内的多个频谱分量的能量值。
[0061]
为进一步提高对目标区域运动物体检测的精准度，可根据求取的范围内的多个频谱分量的能量值，进一步确定目标频谱分量范围，仅对目标频谱分量范围内频谱分量的能量值进行求和，根据求和结果判断毫米波雷达是否检测到运动物体。
[0062]
s4，根据求和结果判断毫米波雷达是否检测到运动物体。
[0063]
在本发明的实施例中，根据求和结果判断所述毫米波雷达是否检测到运动物体，可包括：当求和结果大于或等于预设门限值时，确定毫米波雷达检测到运动物体。当求和结果小于预设门限值时，确定毫米波雷达未检测到运动物体。
[0064]
具体地，将目标频谱分量范围内多个频谱分量的能量值的求和结果与预设门限值进行比较，当求和结果大于或等于预设门限值时，说明目标区域有运动物体，可确定毫米波雷达检测到运动物体。当求和结果小于预设门限值时，说明目标区域有没有运动物体，可确定毫米波雷达未检测到运动物体。
[0065]
在本发明的实施例中，如图2所示，查找fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确定目标频谱分量范围，可包括：
[0066]
s301，计算fft运算结果中各频谱分量的能量值；
[0067]
s302，查询能量值中的最大值，并将最大值对应的频谱分量作为目标频谱分量；
[0068]
s303，根据目标频谱分量确定目标频谱分量范围。
[0069]
在本发明的实施例中，目标频谱分量范围可包括目标频谱分量左边第一预设值leftnum个频谱分量、目标频谱分量和目标频谱分量右边第二预设值rightnum个频谱分量。
[0070]
具体地，确定目标频谱分量范围时，为提高对运动物体的检测精度，降低噪声的干扰，可确定计算得到的范围内的多个频谱分量的能量值的最大值，将最大值对应的频谱分量作为目标频谱分量f，将目标频谱分量f一定范围内的频谱分量确定为目标频谱分量范围。
[0071]
进一步具体地，可将目标频谱分量f左边第一预设值leftnum个频谱分量、目标频谱分量f和目标频谱分量f右边第二预设值rightnum个频谱分量作为目标频谱分量范围。
[0072]
需要说明的是，第一预设值和第二预设值为可调参数，可以根据实际情况进行相应的调整。
[0073]
本发明实施例在计算fft运算后输出的l个频谱分量的能量值，判断目标区域是否存在运动物体的过程中，先根据回波信号采样频率fs和运动物体可能导致的最大多普勒频移fd，对fft运算后输出的l个频率分量的个数进行限缩，然后计算限缩后的多个频谱分量的能量值，将最大值对应的频谱分量一定范围内的频谱分量作为目标频谱分量范围，求取目标频谱分量范围内的频谱分量能量值的和，并根据此求和结果判断物体移动与否。在节省运算资源的同时，还能够保证求和统计的基本是运动物体反射信号的能量值，大大降低了噪声干扰，提高了运动物体的检测准确度。
[0074]
作为一可行的实施方式，如图3所示，计算fft运算结果中频谱分量的能量值，可包括：
[0075]
s311，根据fft运算结果获取频谱分量的同向分量和正交分量；
[0076]
s312，计算同向分量和正交分量的平方和，得到频谱分量的能量值。
[0077]
具体地，在计算fft运算结果中各频谱分量的能量值时，可获取对应的频谱分量的同向分量和正交分量，计算同向分量和正交分量的平方和，其中同向分量和正交分量的平方和即为相应频谱分量的能量值。
[0078]
作为另一可行的实施方式，如图4所示，计算fft运算结果中频谱分量的能量值，还可包括：
[0079]
s321，根据fft运算结果获取频谱分量的同向分量和正交分量；
[0080]
s322，对同向分量和正交分量取绝对值；
[0081]
s323，计算同向分量绝对值和正交分量绝对值的和，得到频谱分量的能量值。
[0082]
具体地，在计算fft运算结果中各频谱分量的能量值时，在获取到对应频谱分量的同向分量和正交分量后，还可取同向分量和正交分量的绝对值，计算同向分量绝对值和正交分量绝对值的和，其中，计算同向分量绝对值和正交分量绝对值的和即为相应频谱分量的能量值。且计算同向分量绝对值和正交分量绝对值的和，相比于计算同向分量和正交分量的平方和更加节省运算资源。
[0083]
本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法，在计算fft运算后输出的l个频谱分量的能量值，判断目标区域是否存在运动物体时，对fft运算后输出的l个频谱分量进行限缩，确定目标频谱分量范围，并根据目标频谱分量范围内各频谱分量的能量值之和，判断目标区域是否有运动物体，保证了求和统计的基本是运动物体反射信号能量，大大降低了噪声的影响，提高了检测的准确度；同时由于统计频谱分量能量时，不需要对全部频点的能量进行统计，只统计部分频点的能量，节省了运算资源。该方法提高了目标区域运动物检测精准度，降低了运算复杂度和对设备的运算能力需求，有利于降低毫米波雷达检测设备的成本。
[0084]
本发明实施例还提出了一种基于毫米波雷达的运动物体检测装置。
[0085]
图5是本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测装置的结构框图。
[0086]
如图5所示，该基于毫米波雷达的运动物体检测装置10可包括：接收模块11、滤波模块12、运算模块13和判断模块14。
[0087]
其中，接收模块11用于接收毫米波雷达的回波信号，并将回波信号与预设载波信号进行混频，得到混频信号；滤波模块12用于对混频信号进行滤波；运算模块13用于对滤波后得到的基带信号进行快速傅里叶变换fft运算，查找fft运算结果中各频谱分量的能量最大值，确定目标频谱分量范围，并对目标频谱分量范围内频谱分量的能量值进行求和；判断模块14用于根据求和结果判断毫米波雷达是否检测到运动物体。
[0088]
需要说明的是，本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测装置的其他具体实施方式可参见本发明上述实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测方法的具体实施方式。
[0089]
本发明实施例的基于毫米波雷达的运动物体检测装置10，保证了求和统计的基本是运动物体反射信号能量，大大降低了噪声的影响，提高了检测的准确度；同时由于统计频谱分量能量时，不需要对全部频点的能量进行统计，只统计部分频点的能量，节省了运算资源。该装置提高了目标区域运动物检测精准度，降低了运算复杂度和对设备的运算能力需求，有利于降低毫米波雷达检测设备的成本。
[0090]
本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质。
[0091]
在该实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序对应上述的基于毫米波雷达的运动物体检测方法，其被处理器执行时，实现如上述的基于毫米波雷达的运动物体检测方法。
[0092]
本发明实施例还提出了一种电子设备。
[0093]
在该实施例中，如图6所示，电子设备100可包括存储器101和处理器102，存储器
101上存储有计算机程序，计算机程序被处理器102执行时，实现如上述的基于毫米波雷达的运动物体检测方法。
[0094]
本发明实施例的计算机可读存储介质、电子设备100，利用上述基于毫米波雷达的运动物体检测方法，可提高目标区域运动物检测精准度，降低运算复杂度和对设备的运算能力需求，有利于降低毫米波雷达检测设备的成本。
[0095]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0096]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0097]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0098]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0099]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0100]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0101]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0102]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。