СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕШЕХОДА

February 18, 2013 by admin Комментировать »

Алексеев Г. А., Белоброва М. В. Институт радиофизики и электроники НАН Украины Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина Тел.: (057) 7448343, e-mail: belobrov@ire.kharkov.ua

Аннотация. – Проведен анализ двухпараметрической динамической модели пешехода, образуемой пятью точечными центрами рассеяния, соответствующими его рукам, ногам и корпусу. Модель объясняет экспериментально наблюдаемые в миллиметровом диапазоне длин волн спектры отраженного радиосигнала. Исследована зависимость формы энергетического спектра от скорости движения пешехода, индексов фазочастотной модуляции и времени обработки сигнала. Показано, что оптимальным для распознавания динамических радиолокационных объектов типа пешехода является время обработки, составляющее доли периода моделирующего колебания.

I.                                       Введение

Понимание особенностей спектральных характеристик отраженного сигнала необходимо для формирования банка признаков распознавания радиолокационных объектов. Слабо изученными в этом отношении являются крупномасштабные живые объекты, задача распознавания которых стоит перед современной радиолокацией. Экспериментальные исследования в см и мм диапазонах длин волн показали существенную зависимость спектральных характеристик от времени обработки сигнала. Характерной особенностью формы энергетического спектра, которая наиболее ярко проявляется в мм диапазоне волн при малых временах обработки сигнала и может быть положена в основу принципа распознавания, является наличие хорошо выраженных спектральных линий, обусловленных движением отдельных частей тела [1]. В настоящей работе применительно к мм диапазону длин волн на основе пятиэлементной двухпараметрической плоской динамической модели пешехода анализируется зависимость формы энергетического спектра от индексов фазочастотной модуляции и времени обработки сигнала.

II.                              Основная часть

в пятиэлементной радиолокационной модели пешехода законы движения отражающих центров, соответствующих конечностям, в угломестной плоскости радиолокатора относительно осевой линии, движущейся с постоянной скоростью, соответствующей скорости пешехода, предполагаются одинаковыми, гармоническими относительно двух разнесенных центров вращения. Движения левой руки (г = 1) и правой ноги (г = 4) предполагаются синхронными во времени, а синхронные движения правой руки (г = 2) и левой ноги (г = 3) – противофазными относительно первых. Движение пятого отражающего центра (i = 5), определяющего положение осевой линии в пространстве, предполагается прямолинейным. Такая плоская модель оправдана и применима при расположении объекта в дальней зоне относительно локатора с совмещенными передатчиком и приемником.

Радиолокационные свойства точек г=1н-4 предполагаются одинаковыми, относительная ЭПР точки, соответствующей корпусу, – вчетверо большей. Фа- зово-модулированный сигнал U(t) от объекта на выходе одноканального балансного фазового детектора после когерентного гетеродинирования с учетом конечного времени обработки можно записать в виде

где σ, = (г = 1н-4)- эффективная поверхность рассеяния конечностей, – ЭПР корпуса, t – текущее время, Т – время обработки, Дг^г) – динамическое смещение г-го цента

rfjO =lH-4) – амплитуда колебаний конечности относительно движущейся осевой линии, (причем

d^=d^= df,·, d^=d^=dj , гдеdf,, dj – условная длина

рук и ног), Ω; =           –  частота  колебаний конечностей,

–         время, определяющее начальную фазу колебанийV       -скорость пе

шехода. Таким образом, предлагаемая динамическая пятиэлементная модель пешехода, описываемая параметрами df^,d^,Q^,V,t^., является четырехпараметрической (;„,. задано моделью). Отраженный радиолокационный сигнал является результатом совместного действия амплитудной (импульсной) и фазочастотной модуляции.

В безразмерных величинах нормированная на амплитуда сигнала имеет вид при О < г < Аг

где т = «быстрое» время; υ = 4π¥/                         =2V/Л//,

δι=ΛπάιΙλ И Δτ =                – приведенные скорость, ам

плитуда колебаний г-ой конечности и время обработки. Частота модуляции при такой нормировке равна 1. Параметры при монохроматической стационарной модуляции называются индексами модуляции. Спектральная плотность суммарной энергии

на частоте «Ω^ («-произвольное)где

G„j – амплитуда одномерного Фурье-преобразования сигнала м,. Полагая для простоты 3^=3^ =3^, сократим число неопределенных параметров модели до двух υ \л 3^. Параметр υ при этом определяет кинетическую энергию корпуса, параметр 3^ – энергию конечностей. В мм диапазоне длин волн (1 = 0.008м) при характерных частоте колебаний конечностей =1,5Гц (Ω^ =2л/;) и скорости корпуса V = \ м/с приведенная скорость υ = 200. В работе спектральный Фурье-анализ сигнала (3) проведен для случая υ = 200, 3^= 500 при различных временах обработки. Примеры рассчитанных энергетических спектров S(n) приведены на рис.1 {Κτ = 2π- рис.1а; Аг = я-/10-рис.1б; Аг = Я-/350- рис.Зв).

Проведен теоретический анализ численных результатов, сопоставление их с экспериментальными спектрами. Дана критическая оценка модели.

Рис. 1. Энергетические спектры сигнала от пешехода при различных временах обработки.

Fig. 1. Energy spectrums ofthe signal from foot- passenger for different signal processing times

Ml. Заключение

Установлено, что ширина и положение спектральных линий сигнала, частотномодулированного движением пешехода, могут быть использованы в качестве информативных признаков при классификации и распознавании динамических радиолокационных объектов типа пешехода по методу ближайшего соседа при временах обработки сигнала в миллиметровом диапазоне волн, порядка долей периода движения конечностей пешехода.

IV.                            Список литературы

[1] Смирнов Ю. В., Головков А. А., Пашков А. И. Особенности отражения радиосигнала движущимся человеком // Радиотехника.-1999.- № 6.-С.26-35.

SPECTRAL ANALYSIS OF FOOT-PASSENGER DYNAMIC MODEL

Alexeyev G. A., Belobrova M. V.

Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine 12 Acad. Proskury St., Kharkov, 61085, Ukraine Ph.: (057) 7203343, e-mail: belobrov(^ire.kharkov.ua

Abstract – The analysis of the two-parameter dynamic foot- passenger model formed by five scattering centers, corresponding to his hands, foots and body, is carried out. The dependence of energy spectrum shape upon the motion velocity of foot-passenger, phase-frequency modulation indexes and signal processing time is investigated. It is shown that the optimal observation time for identification of dynamic radiolocating objects is a small part ofthe modulating signal cycle.

I.                                         Introduction

The understanding of spectral characteristics features is necessary for creating of the feature bank for radio-locating objects identification. Specific particularity ofthe energy spectrum shape, which becomes apparent in mm radiowave range at short times of signal handling, is the presence of well-defined spectral lines, stipulated by motion of separate parts of the foot- passenger. Dependence of energy spectrum shape on phase- frequency modulation indexes and signal observation time is analyzed on the basis of five-element two-parameter flat dynamic model of foot-passenger.

II.                                        Main Part

Motions of reflecting centers, corresponding to extremities, in the radar elevation plane relatively an axial line, moving with constant velocity, corresponding foot-passenger velocity, are considered identical and harmonic in this model. Motion of the left hand and the right foot are supposed synchronous in time, while synchronous motions of the right hand and the left foot are supposed antiphased relatively the former. Motion of the fifth reflecting center, defining axial line position in space, is supposed rectilinear. Such flat model is applied at object disposition in the far-field region of the locator.

Dynamic model offered is two-parameter, defining kinetic energy of a body and kinetic energy of extremities. The reflected phase-modulated radiolocation signal is the result of combined effect of amplitude and phase-frequency modulation. Presented in this paper is spectral analysis using Fourier- transformation of reflected radio-signal with wave length

2   = 0,008 m for different signal processing times (fig.la – Δγ = 2л-, fig.16 – Ατ = π!\0, fig.lB – Δτ = Л-/350)

Qualitative analysis for numerical results has been conducted.

III.                                       Conclusion

It has been found, that width and position of spectral lines of radio-signal, which is frequency-modulated by foot-passenger motion, can be used in the millimeter radiowave band as the informative features for dynamic radiolocation objects identification and classification using nearest-neighbor method.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты