1.一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:利用毫米波雷达向人体心脏部位发射调频连续波信号,并对回波信号进行混频提取中频信号;
S2:对提取到的中频信号进行相位提取,并对所得相位信号逐帧作差,获得人体心跳的相位差信号;
S3:对人体心跳相位差信号,按时域结构进行处理,并按标签分类构建心跳数据集;
S4:搭建包括序列输入层、长短时记忆层、全连接层、Softmax层和分类输出层在内的深度学习网络模型;
S5:使用小波散射对毫米波雷达提取的心跳数据进行自动特征提取;
S6:利用提取的特征对LSTM模型进行训练,并进行测试,保存最好的模型作为识别模型;
S7:调用训练好的识别模型对不同人体的心跳信号进行识别;
所述步骤S1中获取中频信号的具体公式如下:
A1:设雷达的发射信号为 其中At为发射信号幅度,fc为发射信号载频,B为信号带宽,T为脉冲重复周期;
A2:设共有M个静止人体目标,第m个目标与雷达的径向距离为Rm,m=1,2,...,M,雷达接收信号可以表示成其中τm=2Rm/c,m=1,2,...,M;
A3:对接收的回波进行去斜处理,即将接收信号与参考信号相乘,并通过低通滤波器,得到的同相支路的中频信号为:所述步骤S2中对中频信号进行相位提取,并对所得相位信号逐帧作差,获得人体心跳的相位差信号的步骤为:B1:对ADC采样的回波数据进行快速傅里叶变换以获取距离门曲线;
B2:通过距离门曲线获知雷达与人体的大致位置关系,可以确定目标的距离范围,通过在该范围内搜索最大值,跟踪目标不同时刻对应的距离门;
B3:提取目标距离门处的相位;
B4:对提取的相位进行解缠绕;
B5:对相位信号逐帧作差得到相位差信号;
B6:依据心跳频率的不同,利用带通滤波器滤波将心跳的相位差信号进行滤波分离;
B7:对心跳的相位差信号进行运动干扰滤除;
B8:分别采用频域的FFT和时域的峰间距、互相关等算法对心跳的相位差信号进行处理,并取三种算法结果的平均值以获取心跳频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于,所述步骤S1中利用毫米波雷达向人体心脏部位发射调频连续波信号,并对回波信号进行混频提取中频信号的方法为:雷达系统向人体发射线性调频连续波,捕获胸腔微动信息,经目标反射后生成一个由接收天线捕获的反射线性调频脉冲,混频器将接受信号与发射信号进行混频生成一个中频信号IF。
3.根据权利要求1所述的一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于:所述步骤S3中构建心跳数据集的步骤为:创建一个结构体来储存心跳数据,结构体由一个N*100的矩阵和一个N*1的元胞数组构成,矩阵用于存储心跳数据,元胞数组作为数据的标签,矩阵中的每一行数据都与元胞数组中的标签相对应。
4.根据权利要求1所述的一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于:所述步骤S4中搭建深度学习网络模型的步骤为:采用序列输入层进行输入,采用基于时间的长短时记忆层、全连接层进行计算,采用Softmax层和分类输出层进行输出。
5.根据权利要求1所述的一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于:所述步骤S5中使用小波散射对毫米波雷达提取的心跳数据进行自动特征提取,其提取步骤为:C1:使用小波低通滤波器对输入信号进行平均,这是第0层散射功能,通过平均操作,丢弃信号中的高频细节;
C2:通过对信号执行连续小波变换以生成一组尺度图系数,可在后续层中捕获在第一步中丢失的细节,将非线性算子应用于尺度图系数,然后使用小波低通滤波器对输出进行滤波,从而生成一组第1层散射系数;
C3:重复步骤A2相同的过程以获得第2层散射系数;
C4:通过对系数进行下采样以降低网络的计算复杂性;
C5:收集这些系数即散射特征。
6.根据权利要求1所述的一种基于心跳信息的毫米波雷达身份验证方法,其特征在于:所述步骤S6中利用小波散射提取的特征对LSTM模型进行训练,并进行测试,保存最好的模型的具体步骤为:D1:将数据集划分为训练数据集和测试数据集,使用小波散射变换,计算训练和测试数据集的散射特征;
D2:建立一个网络模型,该网络模型由序列输入层、LSTM层、全连接层、Softmax层和分类输出层组成,其中LSTM层有若干个隐藏单元;
D3:建立训练选项,然后开始训练;
D4:将训练好的网络用来分类测试集;
D5:保存最好的模型。