穿墙雷达人体行为识别方法研究

摘要

穿墙雷达利用低频电磁波对非金属障碍物的电磁穿透能力，实时获取隐蔽人体目标行为回波，通过提取不同行为的特征，分析特征之间差异，实现行为类型的实时判别，对城市巷战、反恐维稳、以及执法抓捕等具有重要的应用价值。由于穿墙电磁环境的复杂性以及穿墙雷达系统工作的低频性，隐蔽人体目标行为特征无法进行高精细度提取。加之人体行为发生的时变性和空间角度多样性等因素，造成隐蔽人体目标行为识别的准确性、实时性及稳健性等性能严重下降，致使隐蔽人体时变行为稳健实时识别成为具有挑战性的难题。 本文围绕上述难题，开展了穿墙隐蔽人体目标行为描述及特征表征、非等时长穿墙隐蔽人体行为实时识别方法等研究工作，并对多视角穿墙人体行为稳健识别问题进行了探究，主要创新点如下： 1、提出基于短时特征状态转移的穿墙雷达隐蔽人体行为描述方法，通过短时人体姿态时间片序列的行为分解，提取姿态特征，关联时间片上下文信息，克服了全局行为描述非实时固定时间尺度的缺陷。 2、提出基于距离像嵌入的穿墙雷达人体行为特征表征方法，通过对一维距离像行为数据的降维和特征聚类，有效实现了隐蔽人体行为短时共性特征提取以及特征的时序性关联。 3、提出基于循环神经网络的穿墙雷达人体行为快速识别方法，通过构建GRU循环神经网络的行为识别方法，利用网络对时序性行为信息的动态记忆性及遗忘性，可实现穿墙隐蔽人体行为无冗余计算的单帧实时识别。 4、提出基于归一化调和加权交并比（NHW-IOU）的穿墙雷达人体行为识别模型评价方法，有效评判了模型识别的可靠性和实时性。 5、提出基于Bagging和Stacking集成学习的多视角穿墙雷达人体行为稳健识别方法，有效融合了隐蔽人体行为的多视角特征，解决了由单视角行为探测视角局限性引起的模型识别不稳定性问题，提升了穿墙雷达人体行为的准确可靠识别。 以上数据处理和行为识别方法均通过实测数据进行了验证。

目录

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1人体行为建模及雷达回波分析方法研究动态

1.2.2单视角雷达人体行为识别方法研究动态

1.2.3多视角雷达人体行为识别方法研究动态

1.3 论文贡献与创新

1.4 论文结构安排

第二章 穿墙雷达人体行为描述及数据库构建

2.1.1全局行为描述

2.1.2基于短时特征状态转移的隐蔽人体行为描述

2.2 穿墙人体行为回波模型

2.2.1基于单频正弦信号模式下的回波模型

2.2.2基于超宽带频率步进信号模式下的回波模型

2.3 穿墙雷达人体行为数据库的构建

2.3.1单视角穿墙雷达人体行为识别数据库

2.3.2多视角穿墙雷达人体行为识别数据库

2.4 本章小结

第三章 基于循环神经网络的穿墙雷达人体行为识别方法

3.1 人脑行为识别过程

3.2 基于距离像嵌入的行为数据特征提取和表征方法

3.2.1距离像嵌入

3.2.2基于自编码网络的距离像无监督特征提取方法

3.2.3基于自组织映射网络的距离像行为语义表征方法

3.2.4实验验证

3.3 基于循环神经网络的穿墙雷达人体行为识别方法

3.3.1循环神经网络

3.3.2基于GRU循环神经网络的行为识别模型

3.3.3非等长输入数据处理及其标签标记

3.3.4模型行为识别性能的评判准则

3.3.5行为识别的实时性

3.3.6行为识别模型的训练及测试

3.3.7实测数据验证

3.4 本章小结

第四章 多视角穿墙雷达人体行为识别方法

4.1.1总体思路

4.1.2子模型及结合策略

4.1.3集成方法

4.2基于Bagging思想的多视角穿墙人体行为识别方法

4.2.1子模型构建

4.2.2结合策略

4.3基于Stacking思想的多视角穿墙雷达人体行为识别方法

4.4实测数据验证

4.4.1基准实验

4.4.2 Bagging-I模型的实测验证

4.4.3 Bagging-II模型的实测验证

4.4.4 Stacking模型的实测验证

4.4.5识别性能比较与分析

4.5本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的成果