博碩士論文 101022003 詳細資訊




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姓名 聶啓軒(Chi-hsuan Nieh)  查詢紙本館藏   畢業系所 遙測科技碩士學位學程
論文名稱 利用穿牆連續波雷達分析人體步態的微都卜勒效應
(Analysis of Micro-Doppler Effect of Human Gait by Through-Wall Continuous-Wave Radar)
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摘要(中) 近年來,雷達都卜勒效應在軍事及民用方面的作用日益漸增,雷達都卜勒效應分析可以很好地估計目標的運動參數,如:運動方向,運動速度等訊息。而微都卜勒效應是近年來國外學者Victor C. Chen提出的一個較新的理論體系,它是建立在物體微運動模型基礎上發展起來的。
人體或其他生命體按照一定的速度、步幅和步頻走動或跑動,因此其頻譜圖呈現出微都卜勒特性。人體步態檢測及特徵提取主要是利用人體行走的動態特性對雷達回波信號進行相位調變,透過時頻分析法分析人體步態的微都卜勒特徵及參數提取。
穿牆探測是指透過牆體或其他障礙物後的探測技術。並且廣泛應用於生物醫療、安全檢測和反恐等方面,同時也對今後進一步研究和實現人體目標分類、各種不同狀態分析等提供了一定基礎。
本文首先根據點目標的典型微運動模型:振動和旋轉,討論了在振動和旋轉模型下的微都卜勒效應。接著介紹時頻分析工具,並建立了人體步態回波模型,呈現了各關節、散射部位和散射部位上的瞬間雷達截面積(RCS)之間的相對旋轉角度、位移及相位關係,最終結合穿牆探測,試驗人體步態行進方向判別在穿牆下的可行性。
摘要(英) Radar Doppler has various applications in both military and civil aspect. The target moving parameters such as moving direction, moving velocity and so on can be well estimated through the analysis of radar Doppler effects. A new research called micro-Doppler which is proposed by the famous scholar Victor C. Chen was developed on the basis of micro motion model of objects.
Since the human beings and the other creatures usually walk or run with a constant velocity, stride and gait frequency, there are some micro-Doppler signatures on their spectrums. Human gait detection and characteristic extraction mainly utilize the human’s walking dynamic features to modulate the radar echo phase, use time-frequency analysis method to obtain the spectrum, and extract the micro-Doppler signature of human gait from spectrum.
Through wall surveillance (TWS) is a kind of detection technology which can penetrate walls and other obstacles. With the ability of through-obstacle detection, TWS has been playing an important role in military reconnaissance, counter-terrorism, hostage rescue, earthquake casualty search and so on.
In this study, the micro-Doppler effect of the vibration and rotation is firstly discussed which is depend on the specific micro motion, and followed by the tool of time-frequency analysis. A gait echo model is proposed, which represents the rotation angles, displacements and relative phase relationship of joints, scatterers and the instantaneous Radar Cross Section (RCS). Finally, micro Doppler is combined with TWS for the feasibility of human gait direction determination.
關鍵字(中) ★ 微運動
★ 微都卜勒效應
★ 時頻轉換分析
★ 人體步態模型
★ 穿牆探測
關鍵字(英) ★ Micro motion
★ Micro-Doppler effect
★ Time-frequency analysis
★ Human gait model
★ Through wall surveillance
論文目次 摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧與研究方法概述 2
1.3 論文架構 3
第二章 微都卜勒效應的產生與分析 5
2.1 簡介 5
2.2 微都卜勒效應分析 6
2.3 典型的微運動模型及其引起的微都卜勒效應 11
2.3.1 振動引起的微都卜勒效應 11
2.3.2 旋轉引起的微都卜勒效應 16
2.4 小結 19
第三章 時頻轉換分析 21
3.1 簡介 21
3.2 STFT 22
3.2.1 數學式推導 22
3.2.2 STFT的特性 24
3.3 WVD 26
3.3.1 數學式推導 27
3.3.2 WVD的特性 28
3.4 STFT 與WVD 的分析比較 29
第四章 人體步態特徵提取 33
4.1 人體目標的微都卜勒效應 33
4.2 人體步態回波模型 33
4.2.1 人體座標系 33
4.2.2 人體關節模型 34
4.2.3 人體散射部位運動模型 41
4.2.4 各散射部位反射強度的計算 47
4.3 人體步態回波模擬結果 54
4.4 步態回波模型的實驗驗證 55
4.4.1 系統架構說明 55
4.4.2 模擬與實驗結果比較 60
第五章 連續波雷達穿牆探測微都卜勒現象 64
5.1 時頻分析的雜波抑制法 64
5.2 不同行進方向或方位角對人體步態實驗的影響 68
5.3 穿牆探測實驗結果分析 72
5.3.1 電磁波穿牆頻率的選定 73
5.3.2 人體步態穿牆探測實驗結果 81
第六章 結論及未來展望 84
6.1 結論 84
6.2 未來展望 85
參考文獻 87
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[16] 王偉丞, 利用時頻轉換分析處理合成孔徑雷達之移動目標物影像. 碩士論文,太空科學研究所,國立中央大學,2008。
指導教授 任玄(Hsuan Ren) 審核日期 2014-7-25
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