基于毫米波雷达的智能家居報警系統

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摘 要：智能摄像頭是家庭智能监控最經常使用的方案，不少家庭用户担忧视频會泄漏隐私，本文設計一款基于毫米波雷达的智能家居報警體系，该體系精度高、本錢低、具备很好的利用價值。起首用毫米波雷达记实現場反射数据，用快速傅里叶變更去除滋扰天生行人特性，然後用多方针跟踪算法跟踪行人，用深度递归神經收集辨認行人身份，最後用交织熵练習分类器，以此果断是不是有目生人入侵。实验表白，本體系報警正确率高达99%。

關頭词：毫米波雷达；智能家居；報警體系

1 先容

智能摄像頭是家庭安防利用最遍及的產物，但跟着人們對隐私请求愈来愈高，家庭智能视频监控正成為家庭安防的一個痛點，愈来愈多的家庭巴望有一款既能知足家庭安防需求又能庇护小我隐私的產物，因而毫米波雷达智能家居報警體系應運而生。毫米波是一種利用毫米電磁波的特别雷达技能，毫米波雷达體系發射的電磁波旌旗灯号被其發射路径上的停滞物拦截後產生反射。毫米波雷达體系經由過程捕获停滞物反射的旌旗灯号，可以肯定停滞物的間隔、速率和角度。毫米波雷达報警體系能穿透分歧材質，是以可以暗藏在家具或墙體内里，智能摄像頭做不到這點。

本文設計的毫米波雷达智能家居報警體系跟踪、辨認精度高、本錢低。起首用毫米波雷达记实行人位置信息，然後用多方针跟踪算法跟踪行人，用深度递归神經收集辨認行人身份，最後果断是不是有目生人入侵，若是是目生人入侵產生報警信息给用户。

2 毫米波雷达

毫米波雷达就是事情在毫米波波段（millimeter wave）探测的雷达，凡是毫米波频域為（30 ～ 300）GHz，波长為（1 ～ 10）妹妹，波长介于微波和厘米波之間。毫米波雷达具备體积小、質量轻和空間辨别率高的特色。毫米波雷达不但能辨别很小的方针并且能同時辨認多個方针。

毫米波雷达是一種基于调频持续波 (FMCW) 雷达道理的毫米波雷达。FMCW 雷达持续發射调频旌旗灯号，丈量停滞物的間隔、角度和速率。FMCW 包含合成器、混频器，TX 天線和 RX 天線等部門。FM去濕食物, CW 雷达框圖如圖 1。

圖1 FMCW雷达框圖

合成器天生一個線性调频脉冲；该線性调频脉冲由 TX 天線發射；物體對该線性调频脉冲的反射天生一個由 RX 天線捕获的反射線性调频脉冲；“混频器”将RX 和 TX 旌旗灯号归并到一块兒，天生 1 其中频（IF）旌旗灯号。為了检测分歧間隔的方针，咱們對 IF 旌旗灯号举行快速傅里叶變更，每一個峰值代表 1 個對應的停滞物（行人）。

減肥貼,2.1 間隔快速傅里叶變更

FMCW 雷达利用線性“啁啾”傳输。啁啾频率是fc，带宽是 B ，延续時候是 Tc ，雷达前端接管到反射旌旗灯号時，經由過程混频器计较發射端與接管端之間的频差，混频器發生中频旌旗灯号，從中频旌旗灯号计较出方针與雷达之間的間隔為：

3 體系設計

毫米波雷达是一種操纵毫米波雷达特有特征的跟踪辨認體系。它的事情道理是發射射频旌旗灯号并记实射频旌旗灯号在行人上的反射。經由過程阐發天生的行人特性，按照圖象序列和時候揣度出行人的轨迹，并從已知用户的数据库中辨認出行人。毫米波雷达智能家居報警體系包含数据收集，特性提取，行人跟踪和行人辨認四部門，详细以下：

1）特性提取。FMCW 雷达發射毫米波，记实行人反射数据，對原始数据举行間隔快速傅里叶變更，再通過量普勒傅里叶變更提取行人特性。

2）行人追踪。在行人序列特性和時候瓜葛根本上，利用多方针跟踪算法追踪行人。

3）行人辨認。用深度递归神經收集從每一個用户的次序数据中辨認用户身份。

3.1 特性提取

天生的行人特性是分离的，信息量不足以检测分歧的行人。别的，固然静态物體可以經由過程傅叶變更去除，但残剩的信息不必定都被挪動的人反應，噪音可能很大，并致使與四周人的點混同。為了肯定場景中的哪些點是由人的反射引發的，毫米波雷达智能家居報警體系利用DBSCAN 密度聚类将點归并到集群中，這是一種密度感知聚类法子，按照泡腳中藥包，行人特性在 3D 空間中的成對間隔来分手特性點，重要长处是它不必要預先指定集群的数目，由于在咱們的方案中，人們在肆意時候走進和淡出被监控的場景。

3.2 行人追踪

為了捕捉持续的单個行人特性来跟踪和辨認 1 小我，必要检测的有用時候联系關系和傳感器噪声的校订和展望。咱們為每帧的工具检测建立和保护跟踪。為来自第 1 個傳入帧或没法與現有轨道联系關系的每一個工具检测建立 1 個新轨道。帧間工具联系關系基于匈牙利算法。若是在持续帧中未检测到跟踪工具，咱們将跟踪標识表记標帜為非勾當并将其從持续联系關系中解除。最後利用卡尔曼滤波器来展望和改正轨迹。

3.3 行人辨認

在肯定了與人體工具對應的特性後，可使用轨迹特性来辨認他們的身份。详细来讲，從轨迹中的每帧利用 1 個固定巨细的鸿沟框来包抄潜伏的人體工具的點，并将其體素化以構成一個占用網格。请注重，占用網格固有地封装了身體外形信息。比方，高個子常常有更高的重心。經由過程将次序占用網格奉送到分类器，可以按照活動特改善宮寒經痛，性（即步态和體形信息）辨認轨迹的行人。一個窗口包括 2 s 的持续占用網格，與前一個窗口的堆叠率為75%。直接從占用網格中提取有效的特性很坚苦。长短時間影象（LSTM）收集是一種成熟的轮回神經收集架構，合用于次序数据分类，可以或许經由過程收集练習主動進修特性。是以，将其用作行人追踪和辨認中的身份分类器。起首将数据展平，将每帧轉换為特性向量。然後将其通報到雙向 LSTM 收集。最後，利用 softmax 层输出终极的分类成果。

4 竣事语

本文設計一款基于毫米波雷达的智能家居報警體系，该體系精度高达 99%，本錢低，具备很好的利用價值和市場遠景。