基于毫米波雷达的目标监测系统和方法

技术领域

本发明涉及目标跟踪监测技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的目标监测系统和一种基于毫米波雷达的目标监测方法。

背景技术

随着人们对自身安全意识的提升，无论是居家旅行的户外野营，还是军用的户外军营都需要保证人身安全，防止陌生人闯入和攻击性动物的入侵。因此对于户外的监测，需要实时性高、携带方便且能够做到360°全方位的区域监测系统，以对方圆的目标物进行跟踪和显示。

相关技术中，一般是采用摄像头进行监控，摄像头监控的缺点在于全方位的监控摄像头所需的成本较高，并且，无法对目标物进行全方位的实时跟踪监控。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于毫米波雷达的目标监测系统，能够对360°感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于毫米波雷达的目标监测系统，包括：探测模块，所述探测模块向不同方向进行探测，并且所述探测模块的探测范围组成360°的待感知区域，其中，探测模块用于向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，并接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，以及根据第一线性调频脉冲信号和第二线性调频脉冲信号生成输出信号；处理模块，处理模块用于对输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，并通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理；前端应用模块，前端应用模块用于对分类处理结果进行相应的显示和提醒。

基于毫米波雷达的目标监测系统还包括：通讯模块，所述通讯模块分别与所述处理模块和所述前端应用模块，所述通讯模块用于将所述分类处理结果发送给所述前端应用模块。

所述探测模块具体用于：将所述第一线性调频脉冲信号与所述第二线性调频脉冲信号的相位差作为所述输出信号的相位，并将所述第一线性调频脉冲信号与所述第二线性调频脉冲信号的频率差作为所述输出信号的频率，以生成所述输出信号。

所述探测模块包括1个毫米波雷达，所述毫米波雷达包括K个前端射频单元，所述K个前端射频单元级联，相邻的前端射频单元的探测范围部分重叠，并且各前端射频单元的探测范围组成360°的待感知区域，所述K个前端射频单元分别与所述处理模块相连。

所述探测模块包括L个毫米波雷达，相邻的毫米波雷达的探测范围部分重叠，并且各毫米波雷达的探测范围组成360°的待感知区域；所述处理模块包括L个处理单元，其中，所述L个处理单元分别与所述L个毫米波雷达对应相连，所述L个处理单元分别用于对相应的毫米波雷达生成的输出信号进行处理以获取所述待监测目标的特征信息。

所述处理模块具体用于：对所述输出信号进行FFT处理以生成频率域信息，并根据所述频率域信息获取所述待监测目标的特征信息。

所述处理模块具体用于：对所述输出信号进行时频算法处理以生成时频域信息，并根据所述时频域信息获取所述待监测目标的特征信息。

一种基于毫米波雷达的目标监测方法，包括以下步骤：向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，并接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，以及根据所述第一线性调频脉冲信号和所述第二线性调频脉冲信号生成输出信号；对所述输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，并通过目标分类模型根据所述特征信息对所述待监测目标进行分类处理；对分类处理结果进行相应的显示和提醒。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的基于毫米波雷达的目标监测方法。

一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于毫米波雷达的目标监测方法。

本发明的有益效果：

本发明能够对360°感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统的方框示意图；

图5为本发明一个实施例的通讯模块的结构示意图；

图6为本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统可包括探测模块100、处理模块200和处理模块300。

其中，探测模块100向不同方向进行探测，并且探测模块100的探测范围组成360°的待感知区域，探测模块100用于向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，并接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，以及根据第一线性调频脉冲信号和第二线性调频脉冲信号生成输出信号；处理模块200用于对输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，并通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理；前端应用模块300用于对分类处理结果进行相应的显示和提醒。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，探测模块100包括1个毫米波雷达110，毫米波雷达110包括K个前端射频单元111(RF)，K个前端射频单元111级联，相邻的前端射频单元111的探测范围部分重叠，并且各前端射频单元111的探测范围组成360°的待感知区域，K个前端射频单元111分别与处理模块200相连。

其中，K的大小可根据前端射频单元111的探测范围进行标定，例如，如果前端射频单元111的探测范围为大于90°的感兴趣区域，那么，K可为大于或等于4的整数，即可通过4个前端射频单元111组成360°的待感知区域，其中，相邻的前端射频单元111之间存在共同的探测区域；如果前端射频单元111的探测范围为大于120°的感兴趣区域，那么，K可为大于或等于3的整数，即可通过3个前端射频单元111组成360°的待感知区域，由此，通过各前端射频单元111可组成360°的待感知区域，避免出现监控盲区的现象。需要说明的是，在通过K个前端射频单元111组成待感知区域后，还可对各前端射频单元111进行坐标系的标定，以使不同区域内的目标在同一个完整的坐标系下。

具体而言，各前端射频单元111均对应设置有收发天线组件，其中，收发天线组件采用N发M收的天线收发阵列，即M个接收天线和N个发射天线，前端射频单元111(RF)具备信号发生、信号接收、倍频、混频、滤波、模拟数字转换(ADC)、数据缓存、通信接口等主要功能。需要说明的是，毫米波雷达110还包括微处理单元、通信组件和外围电路，其中，微处理单元用于对前端射频单元111(RF)进行波形参数配置，并对ADC采集的原始数据进行处理；通信组件用于与其他模块进行通信和数据传输；外围电路用于连接外部各模块。

作为一种可能的实施方式，本发明的基于毫米波雷达的目标监测系统可为分离式，具体地，如图2所示，K个前端射频单元111(图2中仅示出3个)共享同一个处理模块200，即K个前端射频单元111均通过MIPI-CSI2通信接口与处理模块200相连，其中，在该系统中，需要K个N发M收的天线收发阵列的前端射频单元111进行级联，每个前端射频单元111扫描一个方向区域，以保证能够360°进行区域监测。

具体地，在实际应用中，可通过微处理单元控制前端射频单元111(RF)发射60GHz或77GHz毫米波(第一线性调频脉冲信号x

根据本发明的一个实施例，探测模块100具体用于：将第一线性调频脉冲信号与第二线性调频脉冲信号的相位差作为输出信号的相位，并将第一线性调频脉冲信号与第二线性调频脉冲信号的频率差作为输出信号的频率，以生成输出信号。

具体地，前端射频单元111(RF)生成的输出信号x

其中，前端射频单元111(RF)可将生成的输出信号x

作为另一种可能的实施方式，本发明的基于毫米波雷达的目标监测系统可为独立式。具体地，如图3所示，探测模块110可包括L个毫米波雷达120(图中仅示出3个)，相邻的毫米波雷达120的探测范围部分重叠，并且各毫米波雷达120的探测范围组成360°的待感知区域；处理模块200可包括L个处理单元210(图中仅示出3个)，其中，L个处理单元210分别与L个毫米波雷达120对应相连，所L个处理单元210分别用于对相应的毫米波雷达120生成的输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息。其中，L可根据实际情况进行标定。

也就是说，每个毫米波雷达120都对应一个独立的处理单元210，并且每个毫米波雷达120之间进行组网数据通讯，每个毫米波雷达120和对应的处理单元210能够独立地处理采集的目标数据，并将处理的信息发送给相邻的毫米波雷达120。

具体而言，如图3所示，在该系统中，毫米波雷达120中的射频前端芯片(RF)在生成输出信号x

根据本发明的一个实施例，处理模块200具体用于：对输出信号进行FFT处理以生成频率域信息，并根据频率域信息获取待监测目标的特征信息。

具体而言，作为一种可能的实施方式，可通过处理模块200先对输出信号x

根据本发明的另一个实施例，处理模块200具体用于：对输出信号进行时频算法处理以生成时频域信息，并根据时频域信息获取待监测目标的特征信息。

具体而言，作为另一种可能的实施方式，还可通过处理模块200对输出信号x

进一步而言，处理模块200在获取到待监测目标的特征信息后，还可通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理。

具体而言，在对待监测目标进行分类处理之前，可预先离线训练目标分类模型。具体地，可先获取目标训练样本，即不同的待监测目标(人或动物)的特征数据样本，其中，在同一待监测目标下可采集多次(例如1000次)对应的样本数据，构成预设特征数据样本，并将特征交叉的样本删除，确保样本数据类不同。然后，通过目标训练样本对分类算法进行训练，以生成目标分类模型，即在人工智能算法分类处理中生成离线的训练样本数据库，并将该目标分类模型部署在系统中，以便于随时调用。

在获取到目标分类模型后，可通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理，例如，可判断待监测目标是人还是动物，如果是动物，则进一步判断是温和性动物还是攻击性动物。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，基于毫米波雷达的目标监测系统还包括通讯模块400。其中，通讯模块400分别与处理模块200和前端应用模块300，通讯模块400用于将分类处理结果发送给前端应用模块300。

具体而言，如图5所示，通讯模块400可通过WiFi、以太网、Can、ZigBee、串口(RS232、RS485、RS422)、5G、6G等网络协议来交互数据，将分类处理结果发送至前端应用模块300。

其中，前端应用模块300可包括智能手机、平板电脑、笔记本、智能手环和手表等，用于显示当前监控区域内的目标信息和全方位的分布情况以及户外温度显示。处理模块200通过通讯模块400实时将监测区域内检测到人员和小动物分布情况发送给前端应用模块300进行显示和提醒。

具体地，本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统可安装在户外帐篷顶上，以对待感知区域360度全方位的进行跟踪监控，当有人闯入设定的安全区域范围内时，及时发出报警信号给前端应用平台；当有温和性动物闯入安全区域范围内时，对前端应用端平台给予提示；当有攻击性动物闯入安全区域范围内时，及时发出报警信号给前端应用端，如表1所示：

需要说明的是，当到相关区域内存在目标进去设定的安全区域范围时，处理模块200处理后的目标信息还可发送给摄像头平台，摄像头根据目标的方位信息，进行旋转到该方位角度，对监测的目标进行拍摄和图像显示。

根据本发明的一个实施例，基于毫米波雷达的目标监测系统还可包括温度监控模块，温度监控模块用于检测户外的温度，并将户外温度通过通讯模块400发送给前端应用模块300。当温度过低或者过高超出设定的阈值时，及时将信息发送给前端应用模块300，对帐篷内人员进行报警提示。避免因户外温度过低或过高给帐篷内的人员造成伤害。

根据本发明的一个实施例，基于毫米波雷达的目标监测系统还可包括电源模块，其中，电源模块与其他模块相连接，用于给装置的其他单元模块进行供电。

由此，本发明利用毫米波雷达监控技术，对户外感兴趣区域进行360全方位无死角的监控，采用雷达组网技术，相邻雷达之间进行数据交互，通过融合算法对区域内的目标物进行实时跟踪，毫米波具有更好的速度分辨率和距离分辨率,能够对感兴趣区域内的小目标进行精确的识别和位置跟踪；另外，通过对目标物人和小动物建立的数据库，并通过人工智能算法对样本进行训练，建立目标物的分类模型，可以更加精确的对闯入感兴趣区域内目标物进行安全等级划分进行及时报警和提示，保证了户外人员的人身安全；此外，通过摄像头和雷达结合的方式，当雷达监测到目标进去安全区域内时可以将目标方位信号发送给摄像头，摄像头进行旋转至雷达系统监控区域的方位角度对目标物进行拍摄和图像显示。

综上所述，根据本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统，通过探测模块的探测范围组成360°的待感知区域，并通过探测模块向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，以及接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，并根据第一线性调频脉冲信号和第二线性调频脉冲信号生成输出信号，以及通过处理模块对输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，并通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理，以及通过前端应用模块对分类处理结果进行相应的显示和提醒。由此，能够对360°感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

对应上述实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统，本发明还提出一种基于毫米波雷达的目标监测方法。

如图6所示，本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法可包括以下步骤：

S1，向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，并接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，以及根据第一线性调频脉冲信号和第二线性调频脉冲信号生成输出信号。

S2，对输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，并通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理。

S3，对分类处理结果进行相应的显示和提醒。

需要说明的是，本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法中未披露的细节，请参照本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测系统中所披露的细节，具体这里不再详述。

根据本发明实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法，向待感知区域发射第一线性调频脉冲信号，并接收对应的反射路径上反射的第二线性调频脉冲信号，以及根据第一线性调频脉冲信号和第二线性调频脉冲信号生成输出信号，并对输出信号进行处理以获取待监测目标的特征信息，以及通过目标分类模型根据特征信息对待监测目标进行分类处理，并对分类处理结果进行相应的显示和提醒。由此，能够对360°感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

对应上述实施例，本发明还提出一种计算机设备。

本发明实施例的计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法。

根据本发明实施例的计算机设备，采用多个毫米波雷达组成360°感知区域，能够对该感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

对应上述实施例，本发明还提出一种计算机程序产品。

当计算机程序产品中的指令由处理器执行时，可执行上述实施例的基于毫米波雷达的目标监测方法。

根据本发明实施例的计算机程序产品，采用多个毫米波雷达组成360°感知区域，能够对该感知区域内的待监测目标进行全方位的实时跟踪监控，并且成本较低。

在本发明的描述中，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一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。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。

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。

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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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。

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。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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。