1.一种FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、利用FMCW雷达对探测区域人员进行照射并获取回波数据矩阵A M×N ;S2、对回波数据依次进行加窗抑制目标旁瓣,I、Q信道校正和动目标指示处理,得到预处理后的运动目标矩阵S' M×N ;S3、对运动目标矩阵S' M×N 在快时间维度进行求方差处理,得到方差最大值的索引值M max ,目标位置的采样点[M max -fix(D/ρ r )/2,M max +fix(D/ρ r )/2]构成心肺运动特征矩阵 得到心肺运动特征矩阵 的距离-时间图,其中,ρ r =c/(2B)为距离分辨率,c为光速,B为FMCW信号扫频带宽,D为胸腔移动距离,fix(·)表示取整操作;S4、对心肺运动特征矩阵 的复数信号进行非线性反正切解调处理,得到相位;提取待检测目标的心跳呼吸信号的相位值,经过相位解缠还原出真实相位 的相位矩阵 对相位矩阵 进行相位差分和第一次平滑滤波后得到矩阵 再对矩阵 进行短时傅里叶变换得到心肺运动特征矩阵的多普勒-时间图;S5、对心肺运动特征矩阵 的距离-时间图和多普勒-时间图进行自适应平滑滤波处理;S6、将捕捉生成的心肺运动特征矩阵 的距离-时间图和多普勒-时间图送入预先训练好的神经网络进行身份识别分类并输出人员分类结果。
2.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S1具体为:给人员编号s 1 ,s 2 ,...,s n ,其中,n表示测试人员数量,采用FMCW雷达采集人员含有心肺运动的雷达回波数据集,数据采集过程中慢时间方向获得M个均匀采样点,快时间方向获得N个均匀采样点,生成原始的回波数据矩阵A M×N 。
3.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:S21、构造一个点数为N,β参数为2.5的凯瑟窗W Kaiser 并其将与回波数据矩阵A M×N 进行卷积和旁瓣抑制处理得到信号矩阵B M×N ,将信号矩阵B M×N 重新排列成M'=M×N行、1列的信号矩阵B′ M'×1 ;S22、对信号矩阵B′ M'×1 做I、Q信号平衡校正,得到校正矩阵F M'×1 ,并重新排列校正矩阵F M'×1 为慢时间-快时间数据矩阵F′ M×N ;S23、将数据矩阵F′ M×N 进行二维傅里叶变换生成距离-多普勒信号矩阵S M×N ,再对距离-多普勒信号矩阵S M×N 进行动目标指示处理,得到运动目标矩阵S' M×N 。
4.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S3中的胸腔移动距离D为10-20cm。
5.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S4中的相位计算公式为:其中,t是慢时间,Q(t)是复数信号的虚部,I(t)是复数信号的实部,λ是电磁波波长,D Heart (t)是相位包含心跳移动,D Resp (t)是呼吸移动,R 0 是雷达距离被测人员平均距离、n Ph (t)是相位噪声。
6.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括:S51、对相位矩阵 进行小波变换分离出心跳和呼吸信号,经过短时傅里叶变换得到心跳信号频率f h 和呼吸信号频率f b ;S52、分析心肺运动特征矩阵 的多普勒-时间图并截取出含有连续且稳定的呼吸信号频率f b 的有效数据集合,并对有效数据集合依据心跳信号频率f h 和呼吸信号频率f b 进行自适应平滑滤波;S53、通过呼吸信号频率f b 的大小估计合适的平滑长度,根据估计的平滑长度对步骤S4的相位矩阵 进行多次平滑滤波,直到满足设置的信噪比阈值条件;S54、重新操作步骤S3和步骤S4,输出经过平滑滤波处理的心肺运动特征矩阵 的距离-时间图和多普勒-时间图。
7.根据权利要求1所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法,其特征在于,所述步骤S6中预先训练好的神经网络采用34层深度残差神经网络,经过卷积层之后,通过平均池化层采样,全连接层和softmax层,最终输出人员分类结果。
8.一种用于实现权利要求1-7任意一项所述的FMCW雷达人员身份验证数据处理方法的系统,其特征在于,包括:获取模块,用于利用FMCW雷达对探测区域人员进行照射并获取回波数据矩阵A M×N ;预处理模块,用于对回波数据依次进行加窗抑制目标旁瓣,I、Q信道校正和动目标指示处理,得到预处理后的运动目标矩阵S' M×N ;距离-时间图模块,用于对运动目标矩阵S' M×N 在快时间维度进行求方差处理,得到方差最大值的索引值M max ,目标位置的采样点[M max -fix(D/ρ r )/2,M max +fix(D/ρ r )/2]构成心肺运动特征矩阵 得到心肺运动特征矩阵 的距离-时间图,其中,ρ r =c/(2B)为距离分辨率,c为光速,B为FMCW信号扫频带宽,D为胸腔移动距离,fix(·)表示取整操作;多普勒-时间图模块,用于对心肺运动特征矩阵 的复数信号进行非线性反正切解调处理,得到相位;提取待检测目标的心跳呼吸信号的相位值,经过相位解缠还原出真实相位 的相位矩阵 对相位矩阵 进行相位差分和第一次平滑滤波后得到矩阵 再对矩阵 进行短时傅里叶变换得到心肺运动特征矩阵的多普勒-时间图;自适应平滑滤波处理模块,用于对心肺运动特征矩阵 的距离-时间图和多普勒-时间图进行自适应平滑滤波处理;神经网络模块,用于将捕捉生成的心肺运动特征矩阵 的距离-时间图和多普勒-时间图送入预先训练好的神经网络进行身份识别分类并输出人员分类结果;所述获取模块、预处理模块、距离-时间图模块、多普勒-时间图模块、自适应平滑滤波处理模块和神经网络模块依次连接。