RU2610146C1 - Radio-wave doppler detector - Google Patents
Radio-wave doppler detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610146C1 RU2610146C1 RU2015141420A RU2015141420A RU2610146C1 RU 2610146 C1 RU2610146 C1 RU 2610146C1 RU 2015141420 A RU2015141420 A RU 2015141420A RU 2015141420 A RU2015141420 A RU 2015141420A RU 2610146 C1 RU2610146 C1 RU 2610146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- circuit
- input
- doppler
- decision
- Prior art date
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 19
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 23
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013145 classification model Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 12
- 230000001020 rhythmical effect Effects 0.000 description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 7
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 6
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 5
- 238000003066 decision tree Methods 0.000 description 4
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 2
- 241000721701 Lynx Species 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 2
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 2
- 241000283086 Equidae Species 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
- G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к техническим средствам обнаружения и классификации сигналов, полученных от объектов, в радиоволновом средстве сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона и может использоваться для охраны участков местности с высокой интенсивностью появления животных в зоне обнаружения.The invention relates to technical means for detecting and classifying signals received from objects in a microwave radio frequency (microwave) device and can be used to protect areas of the area with high intensity of the appearance of animals in the detection zone.
Известно устройство КСМ - ОЛД [1], состоящее из СВЧ модуля и схемы обработки сигнала, представляющее собой доплеровское однопозиционное средство обнаружения с регулируемыми размерами зоны обнаружения (ЗО). Извещатель излучает СВЧ сигнал, при движении в ЗО нарушителя СВЧ модулем принимается отраженный от объекта сигнал, модулированный по частоте в зависимости от скорости объекта. Принятый сигнал детектируется для выделения доплеровской составляющей и сравнивается с пороговым значением. При превышении сигналом порогового значения принимается решение о выдаче сигнала тревоги.Known device KSM - OLD [1], consisting of a microwave module and a signal processing circuit, which is a Doppler one-way detection tool with adjustable dimensions of the detection zone (ZO). The detector emits a microwave signal; when the intruder moves in the AO, the microwave module receives a signal reflected from the object, modulated in frequency depending on the speed of the object. The received signal is detected to isolate the Doppler component and compared with a threshold value. When the signal exceeds the threshold value, a decision is made to issue an alarm.
Известно устройство «Агат» [2], представляющее собой радиоволновое средство обнаружения. По принципу действия извещатель представляет собой доплеровский радиолокатор с селекцией движущихся целей по дальности на основе частотной модуляции излучаемого сигнала. Извещатель излучает СВЧ-сигнал, модулированный по частоте. При движении в ЗО нарушителя появляется отраженный сигнал, который принимается извещателем. По разности частот излучаемого и отраженного сигнала производится селекция по дальности. Селекция движения нарушителя производится на основании анализа частотного спектра доплеровской составляющей отраженного сигнала.Known device "Agate" [2], which is a radio wave detection tool. According to the principle of operation, the detector is a Doppler radar with selection of moving targets in range based on the frequency modulation of the emitted signal. The detector emits a frequency modulated microwave signal. When the intruder moves in the AO, a reflected signal appears, which is received by the detector. Based on the difference between the frequencies of the emitted and reflected signal, range selection is performed. Intruder movement is selected based on the analysis of the frequency spectrum of the Doppler component of the reflected signal.
В обоих приборах решение о нарушении принимается пороговым устройством по энергетическому признаку при условии, что доплеровский сдвиг частоты сигнала лежит в определенном диапазоне, а длительность его воздействия не менее заданной величины.In both devices, the decision about the violation is made by the threshold device according to the energy criterion, provided that the Doppler frequency shift of the signal lies in a certain range, and the duration of its exposure is not less than a given value.
Таким образом, принцип действия средств обнаружения - прототипов основан на регистрации приемником сверхвысокочастотного модуля изменений «интерференционной картины» электромагнитного поля объектом, движущимся в зоне обнаружения.Thus, the principle of operation of detection means - prototypes is based on registration by the receiver of the microwave module of changes in the "interference pattern" of the electromagnetic field by an object moving in the detection zone.
При принятии решения о наличии нарушителя используется алгоритм последовательной оценки трех информативных признаков (фиг. 1):When deciding on the presence of an intruder, the algorithm of sequential evaluation of three informative features is used (Fig. 1):
- частоты сигнала, зависящей от радиальной скорости перемещения объекта (осуществляется фильтром);- the frequency of the signal, depending on the radial velocity of the object (carried out by the filter);
- длительности сигнала, зависящей от времени пересечения зоны обнаружения объектом (осуществляется интегратором);- the duration of the signal, depending on the time the intersection of the detection zone by the object (carried out by the integrator);
- амплитуды сигнала, при использовании усилителя-корректора и частотной модуляции сигнала, зависящей от размера объекта (осуществляется пороговым устройством).- the signal amplitude, when using the amplifier-corrector and frequency modulation of the signal, depending on the size of the object (carried out by a threshold device).
По причине того, что многие животные по скорости передвижения и размеру не отличаются от человека, данный способ принятия решения о наличии объекта не имеет принципиальной возможности различать человека и животного. Данный недостаток присущ всем радиоволновым доплеровским средствам обнаружения и приводит к высокому уровню ложных тревог при эксплуатации данных средств в местах с частым их появлением (например, собак).Due to the fact that many animals do not differ from a person in speed and size, this method of deciding on the presence of an object does not have the fundamental ability to distinguish between a person and an animal. This disadvantage is inherent in all radio wave Doppler detection tools and leads to a high level of false alarms when operating these tools in places with their frequent occurrence (for example, dogs).
Таким образом, недостатком данных устройств является низкая помехоустойчивость при появлении животного в зоне обнаружения, если его размеры и скорость передвижения сопоставимы с размерами и скоростью передвижения человека.Thus, the disadvantage of these devices is the low noise immunity when the animal appears in the detection zone, if its size and speed of movement are comparable with the size and speed of movement of a person.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости радиоволнового доплеровского средства обнаружения при появлении в зоне обнаружения животного, сопоставимого по размерам с человеком.The aim of the invention is to increase the noise immunity of the radio wave Doppler detection means when an animal comparable in size to a person appears in the detection zone.
Для достижения поставленной цели решается задача - создание устройства, обладающего способностью отличать человека от животного и позволяющего эффективно использовать его в условиях высокой вероятности появления животных в ЗО.To achieve this goal, the problem is solved - the creation of a device with the ability to distinguish a person from an animal and allowing its effective use in conditions of high probability of the appearance of animals in the AO.
Повышение помехоустойчивости средства обнаружения при появлении в зоне обнаружения животного, параметры которого сопоставимы с параметрами человека, достигается путем внесения в структуру средства обнаружения схемы формирования вектора признаков, имеющих более выраженные отличия у человека и животных, и схемы принятия решения (классификатора).An increase in the noise immunity of the detection means when an animal appears in the detection zone, the parameters of which are comparable with those of a person, is achieved by introducing into the structure of the detection means a scheme for generating a vector of signs that have more pronounced differences between humans and animals, and a decision making scheme (classifier).
При движении объекта в зоне обнаружения отраженный от него сигнал модулируется по всем параметрам за счет геометрических особенностей строения объекта и типичного для данного класса объектов способа перемещения. Решающее значение в повышении помехоустойчивости играют новые информативные признаки, принцип построения которых основан на добыче информации из сигнала о способе передвижения объекта, характерного человеку или животному.When an object moves in the detection zone, the signal reflected from it is modulated in all parameters due to the geometric features of the structure of the object and the method of movement typical of this class of objects. Crucial in improving noise immunity are new informative features, the principle of construction of which is based on the extraction of information from a signal about the method of movement of an object characteristic of a person or animal.
Модель сигналообразования (МСО) радиоволнового доплеровского СО сантиметрового диапазона основана на уравнении радиолокации и описании эффекта Доплера с учетом того, что принятый сигнал детектируется фазовым детектором, а объект обнаружения является сложной целью и представляет собой совокупность элементарных отражателей (элементов):The model of signal generation (MSO) of the centimeter-wave radio-frequency Doppler SO Doppler is based on the radar equation and the description of the Doppler effect, taking into account that the received signal is detected by a phase detector, and the detection object is a complex target and is a combination of elementary reflectors (elements):
где Ed(t) - напряжение на выходе фазового детектора (СВЧ модуля), В;where E d (t) is the voltage at the output of the phase detector (microwave module), V;
Kд - коэффициент пропорциональности, зависящий от характеристик приемника;K d - proportionality coefficient, depending on the characteristics of the receiver;
K(α(t)) - коэффициент пропорциональности, зависящий от угла α между осью диаграммы направленности антенны (ДНА) и направлением на j-элемент;K (α (t)) is the coefficient of proportionality, depending on the angle α between the axis of the antenna pattern (BOTTOM) and the direction to the j-element;
U0 - уровень зондирующего сигнала, В;U 0 is the level of the probing signal, V;
λ - длина волны зондирующего сигнала, м;λ is the wavelength of the probe signal, m;
Dj(t) - расстояние от СВЧ модуля до j-го элемента, м;D j (t) is the distance from the microwave module to the j-th element, m;
Vj(t) - радиальная скорость j-го элемента, м/с;V j (t) is the radial velocity of the j-th element, m / s;
Δtj(t) - время за которое фронт волны проходит от СВЧ модуля до j-го элемента и обратно, сек;Δt j (t) - the time during which the wave front passes from the microwave module to the j-th element and vice versa, sec;
σj(t) - эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) j-го элемента, [м2];σ j (t) is the effective scattering surface (EPR) of the j-th element, [m 2 ];
j - номер элемента объекта.j is the number of the element of the object.
Из МСО видно, что на распознавание объектов могут повлиять только радиальная скорость j-го элемента, ЭПР j-го элемента, количество элементов n и их соотношение (ЭПР и скоростей).It can be seen from the MCO that only the radial velocity of the jth element, the EPR of the jth element, the number of elements n and their ratio (EPR and speeds) can affect the recognition of objects.
Предлагаемое устройство представляет собой радиоволновой доплеровский обнаружитель, состоящий из СВЧ модуля 1 (датчика, регистрирующего сигнал), схемы 2 предварительной обработки сигнала, схемы 3 формирования вектора признаков, схемы 4 принятия решения и исполнительного устройства 5 (фиг. 2).The proposed device is a radio wave Doppler detector, consisting of a microwave module 1 (a sensor detecting a signal), a signal preprocessing
В состав схемы предварительной обработки сигнала входят: блок 6 определения дальности, аналогово-цифровой преобразователь 7, усилитель 8, фильтр 9, интегратор 10, пороговое устройство 11.The signal preprocessing circuit includes: a
В состав схемы формирования вектора признаков входят блоки 12 выделения признаков (числом по количеству признаков) и блок 13 формирования вектора признаков.The structure of the formation of the vector of signs includes
В состав схемы принятия решения входят блоки 14 принятия решений и умножения полученных результатов на значимость блока (числом по количеству деревьев решений) и блока 15 взвешенного голосования.The structure of the decision-making scheme includes
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:
- фиг. 1 - схема алгоритма принятия решения в средствах-прототипах;- FIG. 1 is a diagram of a decision algorithm in prototype tools;
- фиг. 2 - структурная схема радиоволнового доплеровского обнаружителя;- FIG. 2 is a structural diagram of a radio wave Doppler detector;
- фиг. 3 - схема прохождения объекта через зону чувствительности СВЧ модуля;- FIG. 3 is a diagram of an object passing through a sensitivity zone of a microwave module;
- фиг. 4 - вид сигнала, формируемого на выходе СВЧ модуля при прохождении объекта через зону обнаружения;- FIG. 4 is a view of a signal generated at the output of a microwave module when an object passes through a detection zone;
- фиг. 5 - график спектра доплеровского сигнала;- FIG. 5 is a graph of a spectrum of a Doppler signal;
- фиг. 6 - рисунок представления ходьбы и бега человека;- FIG. 6 is a drawing representing a person walking and running;
- фиг. 7 - рисунок представления ротации таза человека при ходьбе;- FIG. 7 is a drawing showing the rotation of the pelvis of a person when walking;
- фиг. 8 - рисунок представления перемещения общего центра масс человека при ходьбе;- FIG. 8 is a drawing representing the movement of a common center of mass of a person when walking;
- фиг. 9 - рисунок вариантов передвижений лошади, где а) - шаг, б), в) - рысь, г) - галоп;- FIG. 9 - drawing of the options for horse movements, where a) - step, b), c) - lynx, d) - gallop;
- фиг. 10 - график изменения частоты главного максимума спектра доплеровского сигнала при проходе человека через ЗО под углом 10° к оси ДН антенн СВЧ модуля.- FIG. 10 is a graph of the frequency variation of the main maximum the spectrum of the Doppler signal when a person passes through the AO at an angle of 10 ° to the axis of the bottom of the antenna of the microwave module.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
СВЧ модуль 1 излучает в пространство сигнал, принимает отраженный от объекта сигнал. Из принятого сигнала выделяет доплеровскую составляющую, которая поступает на схему 2 предварительной обработки сигнала (вход усилителя 8) и блок 6 определения дальности.The microwave module 1 emits a signal into space, receives a signal reflected from the object. From the received signal, it selects the Doppler component, which is fed to the signal preprocessing circuit 2 (amplifier input 8) and the
Схема 2 предварительной обработки сигнала предназначена для предварительного усиления сигнала в усилителе 8, фильтрации сигнала в фильтре 9, интегрирования сигнала в интеграторе 10 и обнаружения превышения сигналом заданного уровня пороговым устройством 11, выработки управляющего сигнала запуска схемы 3 формирования вектора признаков. Выход усилителя 8 соединяется с входом фильтра 9, фильтр 9 соединяется с входом интегратора 10 и входом АЦП 7. Интегратор 10 соединяется со входом порогового устройства 11.The signal preprocessing
Сигнал, поступивший на схему 2 предварительной обработки сигналов, усиливается, фильтруется в заданном диапазоне частот и поступает на интегратор для отстройки от кратковременных выбросов, далее на пороговое устройство 11. Срабатывание порогового устройства 11 воспринимается, как обнаружение объекта. При этом сигнал с выхода порогового устройства 11 запускает схему 3 формирования вектора признаков и схему 4 принятия решения. С выхода фильтра 9 схемы 2 предварительной обработки сигнал поступает на второй канал АЦП 7.The signal received by the signal preprocessing
Для определения дальности до объекта блок 6 определения дальности подает на СВЧ модуль 1 модулирующий сигнал и принимает от него низкочастотный доплеровский сигнал. По соотношению частот модулирующего и принятого сигналов блок 6 определения дальности выдает на АЦП 7 сигнал, уровень которого пропорционален дальности до обнаруженного объекта.To determine the range to the object, the
АЦП 7 имеет 2 канала и преобразует сигнал дальности и доплеровский сигнал в цифровую форму и передает их на схему 3 формирования вектора признаков.The ADC 7 has 2 channels and converts the range signal and the Doppler signal into digital form and transmits them to the feature
Схема 3 формирования признаков представляет собой программу, вычисляющую информативные признаки на основе входных данных. Входными данными для работы схемы являются:
- отфильтрованный и усиленный доплеровский сигнал в цифровом виде;- filtered and amplified Doppler signal in digital form;
- данные о расстоянии до обнаруженного объекта в цифровом виде;- data on the distance to the detected object in digital form;
- сигнал запуска схемы 3 (с порогового устройства).- start signal of circuit 3 (from a threshold device).
Схема 3 формирования вектора признаков включает несколько блоков. Каждый блок выделяет (вычисляет) свой признак.
Признаки представляют собой оценки специфических параметров доплеровского сигнала, характеризующих свойства обнаруженного объекта. Признаки определены из следующих соображений.Signs are estimates of the specific parameters of the Doppler signal that characterize the properties of the detected object. Symptoms are determined from the following considerations.
А. Человек и животное отличаются размером (частично). Амплитуда сигнала характеризует отражательную способность объекта обнаружения (эффективную площадь рассеяния - ЭПР), следовательно, при приблизительно одинаковом составе животных и человека ЭПР характеризует его размеры. В качестве признака для оценки этого различия принята ЭПР объекта (признак П1). Для вычисления признака необходима дополнительная информация - расстояние до объекта:A. Man and animal differ in size (in part). The signal amplitude characterizes the reflectivity of the detection object (effective scattering area - EPR), therefore, with approximately the same composition of animals and humans, the EPR characterizes its size. The ESR of the object (sign P1) was adopted as a sign for assessing this difference. To calculate the characteristic, additional information is needed - the distance to the object:
ЭПР объекта вычисляется по формуле:The ESR of the object is calculated by the formula:
где D - расстояние до объекта, м;where D is the distance to the object, m;
Umax - максимум сигнала на выходе детектора, В;U max - maximum signal at the detector output, V;
K(α) - коэффициент, зависящий от характеристик СВЧ модуля и направления между осью диаграммы направленности (ДН) антенн и направлением на объект.K (α) is a coefficient depending on the characteristics of the microwave module and the direction between the axis of the radiation pattern (LH) of the antennas and the direction to the object.
Поскольку при пересечении ЗО объект пересекает ось ДН (фиг. 3), то в этот момент на выходе модуля присутствует максимальный сигнал (фиг. 4). Следовательно, при использовании в формуле вычисления ЭПР Umax можно принимать K(α)=K(0), избавляясь тем самым от зависимости от угла между осью ДН антенн и направлением на объект.Since at the intersection of the object the object crosses the axis of the beam (Fig. 3), at this moment the maximum signal is present at the output of the module (Fig. 4). Therefore, when using the EPR calculation formula U max, one can take K (α) = K (0), thereby eliminating the dependence on the angle between the axis of the antenna array and the direction to the object.
Б. Человек и животное отличаются скоростью перемещения (частично). Согласно [3] положение максимума частотного спектра сигнала, характеризует усредненную за время наблюдения радиальную скорость перемещения наибольшей отражающей части объекта (корпуса). В качестве признака для оценки этого различия принят максимум частотного спектра доплеровского сигнала.B. Man and animal differ in speed of movement (partially). According to [3], the position of the maximum of the frequency spectrum of the signal characterizes the radial velocity averaged over the time of observation of the largest reflecting part of the object (body). As a sign for assessing this difference, the maximum frequency spectrum of the Doppler signal was adopted.
Признак вычисляется по формуле:The sign is calculated by the formula:
где: fглмах - главный максимум спектра доплеровского сигнала (фиг. 4).where: f glam is the main maximum of the spectrum of the Doppler signal (Fig. 4).
В. Человек и животное отличаются разбросом скоростей подвижных элементов. Ходьба человека - это серия ритмичных и попеременных движений конечностей и туловища (фиг. 6), которые ведут к перемещению вперед центра тяжести. При ходьбе общий центр масс (ОЦМ) тела человека совершает ритмичные движения вверх и вниз при продвижении вперед. Плечевой пояс и таз человека ротируют в цикле шага в противоположном направлении (фиг. 7). Когда масса переносится с одной ноги на другую, таз и туловище перемещаются в сторону опорной ноги. Общий центр масс при продвижении вперед совершает не только ритмичные движения вверх и вниз (фиг. 8), но и раскачивается из стороны в сторону. В то время как таз вращается вокруг опорной ноги (для выброса вперед переносной ноги), вращается также плечевой пояс в противоположном направлении. Рукой на опорной стороне в это время делается взмах, она компенсирует массу вращающегося тела переносной ноги на противоположной стороне. При беге человека общая картина движения частей тела изменяется незначительно (фиг. 6). Таким образом, для равномерного поступательного движения человек совершает дополнительные уравновешивающие движения руками. Поскольку скорость движения конечностей при этом отличается от скорости движения корпуса, то и частоты отраженных от них сигналов отличны от частоты главного максимума, что приводит к расширению частотного спектра сигнала от человека.B. Man and animal differ in the spread of speeds of moving elements. Human walking is a series of rhythmic and alternating movements of the limbs and trunk (Fig. 6), which lead to the forward movement of the center of gravity. When walking, the general center of mass (JMC) of the human body performs rhythmic up and down movements when moving forward. The shoulder girdle and pelvis rotate in a step cycle in the opposite direction (Fig. 7). When the mass is transferred from one leg to the other, the pelvis and torso move toward the supporting leg. When moving forward, the common center of mass not only performs rhythmic up and down movements (Fig. 8), but also sways from side to side. While the pelvis rotates around the supporting leg (to eject the forward leg forward), the shoulder girdle also rotates in the opposite direction. The arm on the supporting side at this time swings, it compensates for the mass of the rotating body of the portable leg on the opposite side. When a person runs, the general picture of the movement of body parts changes slightly (Fig. 6). Thus, for a uniform translational movement, a person makes additional balancing movements with his hands. Since the speed of limbs in this case differs from the speed of movement of the body, the frequencies of the signals reflected from them are different from the frequency of the main maximum, which leads to the expansion of the frequency spectrum of the signal from a person.
На примере лошади рассмотрен типичный для четвероногих способ передвижения. Когда лошадь идет шагом, первой выносится вперед правая передняя нога, за ней - левая задняя. Следующей идет левая передняя и, наконец, - правая задняя (фиг. 9). На этом цикл завершается. При этом животные для ходьбы не совершают дополнительные уравновешивающие движения. При беге животных изменения гораздо более выражены, поэтому различие между человеком и животным при беге может уменьшаться.Using a horse as an example, a typical four-legged way of movement is considered. When the horse walks in a step, the right front leg is first moved forward, followed by the left hind leg. Next is the left front and, finally, the right rear (Fig. 9). This completes the cycle. At the same time, animals for walking do not make additional balancing movements. When animals are running, the changes are much more pronounced, therefore, the difference between humans and animals during running can be reduced.
В качестве признака для оценки этого различия принято отношение частоты максимума спектра доплеровского сигнала к его ширине (широкополосность сигнала):As a sign for assessing this difference, the ratio of the frequency of the maximum of the Doppler signal spectrum to its width (signal broadband) is taken:
Признак вычисляется по формуле:The sign is calculated by the formula:
где - главный максимум амплитудно-частотного спектра доплеровского сигнала (фиг. 3);Where - the main maximum of the amplitude-frequency spectrum of the Doppler signal (Fig. 3);
- максимальная частота спектра сигнала по уровню Smin; - the maximum frequency of the signal spectrum in terms of S min ;
- минимальная частота спектра сигнала по уровню Smax. - the minimum frequency of the signal spectrum in terms of S max .
Г. Человек и животное различаются соотношением размеров частей тела, движущихся со скоростью, большей скорости туловища (основного отражающего элемента) и частей тела, движущихся со скоростью, меньшей скорости туловища. Так как для равномерного поступательного движения человек совершает дополнительные уравновешивающие движения руками, то получается, что в определенных фазах шага у человека две конечности движутся быстрее туловища, а другие две конечности медленнее (при беге ситуация не меняется). Поскольку животному для ходьбы не надо совершать уравновешивающих движений, то при движении шагом у него только одна конечность движется быстрее туловища, а остальные конечности используются в качестве опоры. В качестве признака для оценки этого различия принята симметричность частотного спектра доплеровского сигнала:D. A person and an animal differ in the ratio of the sizes of body parts moving at a speed greater than the speed of the body (the main reflective element) and body parts moving at a speed less than the speed of the body. Since for a uniform translational movement a person makes additional balancing movements with his hands, it turns out that in certain phases of a step in a person, two limbs move faster than the body, and the other two limbs slower (the situation does not change when running). Since the animal does not need to make balancing movements for walking, when moving with a step, only one limb moves faster than the body, and the remaining limbs are used as a support. As a sign for assessing this difference, the symmetry of the frequency spectrum of the Doppler signal is accepted:
Признак вычисляется по формуле:The sign is calculated by the formula:
где: - площадь S1 (фиг. 5) под кривой амплитудно-частотного спектра доплеровского сигнала на участке от до ;Where: - area S1 (Fig. 5) under the curve of the amplitude-frequency spectrum of the Doppler signal in the area from before ;
- площадь S2 (фиг. 5) под кривой амплитудно-частотного спектра доплеровского сигнала на участке от до . - area S2 (Fig. 5) under the curve of the amplitude-frequency spectrum of the Doppler signal in the area from before .
Д. Человек и животное различаются ритмичным ускорением корпуса. При каждом шаге человек наклоняется вперед, его общий центр масс (ОЦМ) выдвигается за площадь опоры и начинается «падение», при этом его туловище ускоряется (фиг. 8). Падению препятствует выдвинутая вперед нога. После того как она касается земли, на нее переносится вес тела. ОЦМ оказывается внутри площади опоры. Колено подгибается, амортизируя падение, и выпрямляется, возвращая тело на исходную высоту, туловище при этом замедляется. Таким образом, туловище человека при ходьбе подвержено ритмичным ускорениям и замедлениям.D. Man and animal differ in rhythmic acceleration of the body. At each step, a person leans forward, his common center of mass (JMC) extends beyond the support area and begins to “fall”, while his body accelerates (Fig. 8). The leg is extended to prevent the fall. After it touches the ground, body weight is transferred to it. The JMC is inside the support area. The knee bends, cushioning the fall, and straightens, returning the body to its original height, while the body slows down. Thus, the body of a person when walking is subject to rhythmic accelerations and decelerations.
Когда лошадь идет шагом, первой выносится вперед правая передняя нога, за ней - левая задняя. Следующей идет левая передняя и, наконец, - правая задняя. На этом цикл завершается, с тем, чтобы повториться с правой передней ноги и т.д. Проекция центра тяжести при этом всегда попадает внутрь треугольника, либо между двумя точками опоры, образуемыми находящимися на земле конечностями. Это позволяет животному в любой момент находиться в устойчивом состоянии, и его туловище при ходьбе меньше подвержено ритмичным ускорениям и замедлениям, поскольку необходимость уравновешивать неустойчивость положения тела животного меньше, чем у человека.When the horse walks in a step, the right front leg is first moved forward, followed by the left hind leg. Next is the left front and, finally, the right rear. This completes the cycle in order to repeat from the right front foot, etc. The projection of the center of gravity always falls inside the triangle, or between two fulcrum, formed by limbs located on the ground. This allows the animal to be in a stable state at any time, and its body when walking is less prone to rhythmic accelerations and decelerations, since the need to balance the instability of the animal’s body position is less than that of humans.
Увеличивая скорость, животное переходит на рысь: каждая нога отрывается от земли еще до того, как предшествующая ей в описанном выше цикле конечность коснется земли. Существует момент, когда животное опирается о землю только двумя конечностями. Это увеличивает скорость передвижения, но уменьшает устойчивость, ритмичное ускорение при этом возрастает. У лошадей, кошек, собак и многих других млекопитающих при таком быстром аллюре в воздухе одновременно находятся две диагонально расположенные конечности: левая передняя и правая задняя или наоборот. При таком перемещении туловище животного подвержено ритмичным ускорениям и замедлениям, сравнимым с человеком.Increasing the speed, the animal switches to a lynx: each leg comes off the ground before the limb that precedes it in the cycle described above touches the ground. There is a moment when an animal rests on the ground with only two limbs. This increases the speed of movement, but reduces stability, while rhythmic acceleration increases. In horses, cats, dogs, and many other mammals with such a quick gait in the air, two diagonally located limbs are simultaneously located in the air: the left front and the right rear or vice versa. With this movement, the body of the animal is subject to rhythmic accelerations and decelerations comparable to humans.
При галопе животное отрывает конечности от земли в ином порядке, чем при ходьбе шагом: правая передняя - левая передняя - правая задняя - левая задняя или, наоборот, левая передняя - правая передняя - левая задняя - правая задняя. При этом какое-то время животное целиком находится в воздухе, не касаясь земли ни одной из конечностей. При таком перемещении ритмичное ускорение и замедление туловища животного может превышать показатели человека.When galloping, the animal tears the limbs off the ground in a different order than walking in steps: right front - left front - right rear - left rear or, conversely, left front - right front - left rear - right rear. At the same time, for some time the animal is entirely in the air, without touching any of the limbs on the ground. With this movement, the rhythmic acceleration and deceleration of the body of the animal can exceed human performance.
Таким образом, различие в ритмичном ускорении в большей степени может проявляться при ходьбе объекта.Thus, the difference in rhythmic acceleration can manifest itself to a greater extent when walking an object.
В качестве признака для оценки этого различия принята усредненная за время наблюдения скорость нарастания глобального максимума амплитудно-частотного спектра , что характеризует радиальное ускорение основной отражающей части объекта между ближайшими локальными минимумами и максимумами:As a sign for assessing this difference, the rate of rise of the global maximum of the amplitude-frequency spectrum averaged over the observation time was taken , which characterizes the radial acceleration of the main reflecting part of the object between the nearest local minima and maxima:
Признак вычисляется по формуле:The sign is calculated by the formula:
где: αn - угол наклона прямой, соединяющей n-й максимум и n-й минимум графика поведения (фиг. 10).where: α n is the angle of inclination of the line connecting the n-th maximum and the n-th minimum of the behavior graph (Fig. 10).
Совокупность всех признаков, сформированных данной схемой, является признаковым вектором М и представляет собой матрицу-столбец, в которой каждая ячейка - численная оценка одного из признаков:The set of all the features formed by this scheme is a feature vector M and is a column matrix in which each cell is a numerical estimate of one of the features:
Вычисленный вектор признаков М подается на схему принятия решения. Схема принятия решения представляет собой программу, реализующую классификационную модель (решающее правило). Классификационная модель состоит из набора j деревьев решений, построенных по различным алгоритмам, например [4, 5] и блока взвешенного голосования (фиг.2). Вектор признаков М поступает одновременно на все деревья решений, каждое дерево самостоятельно принимает решение h о классе обнаруженного объекта (h может принимать значения -1 или +1) и имеет свой вес α. Далее результаты работы всех деревьев поступают на блок взвешенного голосования [5]. Голосование проходит по правилу (2):The calculated vector of signs M is fed to the decision-making scheme. A decision-making scheme is a program that implements a classification model (decision rule). The classification model consists of a set of j decision trees constructed by various algorithms, for example [4, 5] and a weighted voting block (Fig. 2). The feature vector M arrives simultaneously at all decision trees, each tree independently makes a decision h about the class of the detected object (h can take values -1 or +1) and has its own weight α. Further, the results of the work of all the trees are sent to the weighted voting block [5]. Voting takes place according to rule (2):
где sign - знак результата;where sign is the sign of the result;
k - номер дерева решений.k is the number of the decision tree.
В результате взвешенного голосования набора деревьев принимается решение о классе обнаруженного объекта: «плюс» - нарушитель, «минус» - помеха. [4, 5]As a result of a weighted vote on a set of trees, a decision is made on the class of the detected object: “plus” is the intruder, “minus” is the interference. [4, 5]
Если принимается решение, что обнаруженный объект относится к классу нарушителей, то на исполнительное устройство поступает соответствующий сигнал, и оно выдает сигнал тревоги пользователю в нужном для него виде.If it is decided that the detected object belongs to the class of intruders, then the corresponding signal is sent to the executive device, and it gives an alarm to the user in the form that is necessary for him.
Предлагаемый обнаружитель обладает повышенной помехоустойчивостью и позволяет повысить качество работы технических средств охраны. Улучшение помехоустойчивости достигается за счет внесения изменений в схему обработки сигнала - применения в средстве обнаружения подсистемы распознавания, включающей схему формирования вектора признаков и схему принятия решения.The proposed detector has increased noise immunity and can improve the quality of technical means of protection. Improving the noise immunity is achieved by making changes to the signal processing circuit — using the recognition subsystem in the detection tool, which includes a circuit for generating a feature vector and a decision circuit.
Источники информацииInformation sources
1. Средство обнаружения однопозиционное КСМ - ОЛД, руководство по эксплуатации БАЖК.425919.018 РЭ.1. Single-position KSM-OLD detection tool, operation manual BAZHK.425919.018 RE.
2. Извещатели охранные объемные радиоволновые ИО407-15 «АГАТ-СП5У» и ИО-407-15/1 «АГАТ-СП5/1» Руководство по эксплуатации ЮСДП.425144.003 РЭ. Закрытое акционерное общество «Фирма «ЮМИРС».2. Volumetric radio wave security detectors ИО407-15 "АГАТ-СП5У" and ИО-407-15 / 1 "АГАТ-СП5 / 1" Operation manual USDP.425144.003 RE. Closed Joint-Stock Company Firm UMIRS.
3. Маршалов Т.А. Радиолокационное распознавание экипированного нарушителя и животных / Евдокимов Н.О., Костенко Е.А. // Проблемы и перспективы разработки, совершенствования ТСОГ. Межвузовский сборник. Часть 4. - 2003. №12. - Калининград: КВИ ФПС России, с. 44-48.3. Marshalov T.A. Radar recognition of the equipped intruder and animals / Evdokimov N.O., Kostenko EA // Problems and prospects of development, improvement of TSOG. Interuniversity collection.
4. Чубукова И.A. Data Mining: учебное пособие. - 2-е изд., испр. - М: Интернет - Университет Информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 383 с.4. Chubukova I.A. Data Mining: a tutorial. - 2nd ed., Rev. - M: Internet - University of Information Technology; BINOMIAL. Laboratory of Knowledge, 2010 .-- 383 p.
5. Воронцов К.В. Лекции по логическим алгоритмам классификации. 21.12.2007 г. http:www.machinelearning.ru5. Vorontsov K.V. Lectures on logical classification algorithms. 12/21/2007 http: www.machinelearning.ru
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141420A RU2610146C1 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Radio-wave doppler detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141420A RU2610146C1 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Radio-wave doppler detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2610146C1 true RU2610146C1 (en) | 2017-02-08 |
Family
ID=58457375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015141420A RU2610146C1 (en) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Radio-wave doppler detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610146C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724146C1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-06-22 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Remotely set radio-frequency annunciator and method of use thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0395480A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-10-31 | Le Centre Thomson D'applications Radars - Lctar | Method and apparatus for spectral analysis with high resolution of non stationary signals from an electromagnetic detection system |
| US5361070A (en) * | 1993-04-12 | 1994-11-01 | Regents Of The University Of California | Ultra-wideband radar motion sensor |
| JP2005004256A (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Omron Corp | Supervising system for behavior of people in room and presence detection system |
| RU104751U1 (en) * | 2010-10-12 | 2011-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | HIDDEN RECORDER OF UNAUTHORIZED ACCESS TO OBJECT OR ITS LOCAL ZONES |
| RU2430417C1 (en) * | 2010-05-25 | 2011-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Radio signal recognition method |
| RU2463949C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-10-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse |
-
2015
- 2015-09-29 RU RU2015141420A patent/RU2610146C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0395480A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-10-31 | Le Centre Thomson D'applications Radars - Lctar | Method and apparatus for spectral analysis with high resolution of non stationary signals from an electromagnetic detection system |
| US5361070A (en) * | 1993-04-12 | 1994-11-01 | Regents Of The University Of California | Ultra-wideband radar motion sensor |
| US5361070B1 (en) * | 1993-04-12 | 2000-05-16 | Univ California | Ultra-wideband radar motion sensor |
| JP2005004256A (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Omron Corp | Supervising system for behavior of people in room and presence detection system |
| RU2430417C1 (en) * | 2010-05-25 | 2011-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Radio signal recognition method |
| RU104751U1 (en) * | 2010-10-12 | 2011-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | HIDDEN RECORDER OF UNAUTHORIZED ACCESS TO OBJECT OR ITS LOCAL ZONES |
| RU2463949C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-10-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МАРШАЛОВ Т.А. Радиолокационное распознавание экипированного нарушителя и животных.Межвузовский сборник. Часть 4, 2003, N12, с.44-48. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724146C1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-06-22 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Remotely set radio-frequency annunciator and method of use thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112698322B (en) | Integration of tracking and classifier in MMWAVE radar | |
| Kim et al. | Human detection using Doppler radar based on physical characteristics of targets | |
| US10310072B2 (en) | Method of walk-through security inspection and system thereof | |
| US20200166611A1 (en) | Detection method, detection device, terminal and detection system | |
| US9753122B2 (en) | Sensor head | |
| US20160307418A1 (en) | Selective intrusion detection systems | |
| Li et al. | Human behavior recognition using range-velocity-time points | |
| US20180356509A1 (en) | Radar-based detection system | |
| Garcia-Rubia et al. | Analysis of moving human micro-Doppler signature in forest environments | |
| EP4100872A1 (en) | System, method, and computer program product for automatically configuring a detection device | |
| Lim et al. | DNN-based human face classification using 61 GHz FMCW radar sensor | |
| CN109766851A (en) | Method and device for determining obstacle and reversing imaging equipment | |
| CN201293836Y (en) | Ultra-wideband detector for searching and rescuing beings | |
| KR101876797B1 (en) | Method And Apparatus for Detecting Target in Radar for Border Fences | |
| Park et al. | Bidirectional LSTM-based overhead target classification for automotive radar systems | |
| RU2610146C1 (en) | Radio-wave doppler detector | |
| JP6687941B2 (en) | Radar device, target shape estimation method and program | |
| Liang et al. | An improved sensing method using radio frequency detection | |
| Iqbal et al. | Indoor motion classification using passive RF sensing incorporating deep learning | |
| JP2021179323A (en) | Attribute identification device and identification method | |
| Kim et al. | Human detection with range-Doppler signatures using 3D convolutional neural networks | |
| Oliveri et al. | SVM for Electromagnetics: State-of-art, potentialities, and trends | |
| Khan et al. | VisiSafe: Real-Time Fall Detection for Visually Impaired People Using RF Sensing | |
| Kabakchiev et al. | Data mining classification of cars based on GPS shadows in forward scatter radar systems | |
| Zhong | Research into target recognition techniques based on device-free sensing approach |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170930 |