专利名称：基于射频识别的非接触式生物特征识别方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触式生物特征信号探测的装置，尤其是涉及一种基于射频识别技术的生物特征识别的系统。
背景技术：
生物特征识别技术是利用人体生物特征进行身份识别的一种技术。生物识别技术是模式识别的一个分支，并成为一种新的身份验证手段。生物特征是唯一的(与他人不同)，是可以测量或自动识别和验证的生理特征或行为方式，分为生理特征和行为特征。
非接触式探测技术事近年来提出并颇受人民关注的一项技术，其中非接触式生命信息探测技术一电磁波为探测媒介，采用雷达方式，通过非接触式探测呼吸、心跳所引起的人体体表微动，进而提取所需的人体生物特征参数。与激光、红外探测和声波探测技术相比，非接触式探测技术不需要任何电极或传感器接触生命体，可在较远的距离内探测到生命体的生物特征(呼吸，心跳等)，不受环境温度、热物体的影响。
射频识别(Radio Frequency IdentificationRFID)技术是一种新兴的接触式自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触双向数据通信，以达到目标识别并交换数据的目的。通过射频微波信号自动识别目标对象并加载相关信息，识别工作无须人工干预，可用来跟踪和管理几乎所有的物理对象，在工业自动化、商业自动化、交通运输管理及军事等众多领域都有广发的应用前景。
以RFID识别技术来进行人体生物特征信号的探测和识别，不同于普通意义的RFID识别，因为对于个人无须携带载有数据的RFID标签，以非接触式的方式获取人体生命参数信号，通过计算以识别不同人的参数信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于射频识别的非接触式生物特征识别的方法和系统。通过此方法可以实现远距离非接触式人体生物生命特征信号的探测和不同人类个体识别。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是1.一种基于射频识别的非接触式生物特征识别方法1)利用多普勒频移原理，通过微波发射电路发射电磁波测量信号，该信号经过人体心肺运动反射调制后，呼吸及心脏跳动信息反映在多普勒频移效应上；
2)回波经接收系统的正交非相干解调技术得到生物特征参数信号，经过预处理电路分离后分别得到呼吸和心跳信号，送入数字信号处理单元处理；3)经过数据处理单元的运算，从而识别出不同的人类个体，实现对个人身份的识别和认证。
2.一种基于射频识别的非接触式生物特征识别系统天线与环行器的输出端口连接；接收滤波器的两端分别与环行器的接收端口和低噪声放大器的输入端口连接；低噪声放大器的输出端口与功分器的输入端口相连；功分器的两个输出端口分别与第一、第二混频器的输入端口连接；第一预处理电路的输入、输出端口分别与第一混频器的输出端口和第一模数转换器的输入端口连接；第二预处理电路的输入、输出端口分别与第二混频器的输出端口和第二模数转换器的输入端口连接；第一模数转换器和第二模数转换器的输出端口分别连接数字信号处理单元的输入端口；数字信号处理单元的输出端口分别与频率源电路和串行接口连接；串行接口的输出端口和计算机串行接口输入端口连接；频率源电路的两个输出端口分别和第一驱动放大器和第二驱动放大器的输入端口连接；功率放大器等输入、输出端口分别与环行器的输入端口和第一驱动放大器的输出端口连接；正交移相功分器的输入端口和第二驱动放大器的输入端口连接；正交移相功分器的两个输出端口分别和第一、第二混频器的输入端口连接。
所述的第一、第二预处理电路均分别包括前置放大电路、10Hz低通滤波器、主放大电路、0.6Hz低通滤波器、0.7Hz高通滤波器、后级放大电路、第一50Hz陷波电路和第二50Hz陷波电路；其中，前置放大电路的输入端口接混频器的输出端，前置放大电路的输出端口与10Hz低通滤波器的输入端口连接；主放大电路的输入端口与10Hz低通滤波器的输出端口连接；主放大电路的输出端口分别和0.6Hz低通滤波器、0.7Hz高通滤波器的输入端口连接；后级放大电路的输入、输出端口分别与0.6Hz低通滤波器的输出端口和第一50Hz陷波电路的输入端口连接；0.7Hz高通滤波器的输出端口和第二50Hz陷波电路的输入端口连接，两个50Hz陷波电路的两路输出端口分别和第一模数转换器的两路输入端口相连；同理，第二预处理电路的两路输出端口分别和第二模数转换器的两路输入端口相连。
所述的数据处理单元是计算机，或者使用基于微处理器、DSP或FPGA的嵌入式处理系统。
本发明具有的有益的效果是利用RFID技术进行非接触式的生物特征信号的探测和识别方法，其无须接触人体，也不用任何电极即可识别不同的人类个体，具有目前其他识别方式所不具有的优点。同时，本发明的基于射频识别的非接触式生物特征识别系统使用非相干解调技术接收检测经人体表面微动所引起的生命特征信号，既省去了复杂的接收机本振相位同步电路，也实现了较高灵敏度的探测和识别。
图1是本发明的结构原理框图。
图2是本发明的预处理电路原理框图。
图3是本发明的频率源电路电路图。
图中1、天线，2、环行器，3、接收滤波器，4、低噪声放大器，5、功分器，6、混频器，7、混频器，8、预处理电路，9、预处理电路，10、模数转换器，11、模数转换器，12、数字信号处理单元，13、频率源电路，14、驱动放大器，15、功率放大器，16、驱动放大器，17、正交移相功分器、18、串行接口，19、计算机，20、前置放大器，21、10Hz低通滤波器，22、主放大电路，23、0.6Hz低通滤波器，24、0.7Hz高通滤波器，25、后级放大电路，26、50Hz陷波电路，27、50Hz陷波电路。
具体实施例方式
设频率源电路所产生的微波信号S(t)＝Acosω0t，式中，ω0为发射信号角频率，A为信号幅度。该微波信号由功率放大器进行功率放大后，经环行器送入天线发射出去，当天线发射出去的电磁波信号遇到人体时，产生反射散射信号，该信号是反映人体生物特征参数信号特征的调制信号，天线接收到该回波信号后，通过环行器进入接收系统进行非相干正交解调。
设回波信号为Sr(t)＝KAcos(ω0t+ωdt+)，式中，K为系数，ωd为多普勒角频移，为相对于发射信号的初相位。
根据多普勒效应，ωd＝2Vωc/C，其中，V为目标的相对径向运动速度，C为光速。S(t)、Sr(t)两路信号经混频后，得到零拍信号Sd(t)＝Bcos(·z)+Ccos(ωdt+)式中，第一项为固定目标产生的直流分量，第二项为与呼吸、心动、体动等相关的人体生命参数信号，是所要检测和处理的信息。
本发明包括频率源电路电路13，天线1，环行器2，接收滤波器3，低噪声放大器4，功分器5，功率放大器15，两个驱动放大器14、16，两个混频器6、7，两个预处理电路8、9(包括前置放大电路20，10Hz低通滤波器21，主放大电路22，0.6Hz低通滤波器23，0.7Hz高通滤波器24，后级放大器25，两个50Hz陷波电路26、27)，两个模数转换器10、11，数字信号处理单元12，串行接口18，正交移相功分器17，计算机19和电源电路等。
如图1所示，由频率源电路13产生两路微波信号，一路信号由驱动放大器14和功率放大器15进行功率放大后，经过环行器2送入天线1发射出去，环行器2的目的是为了隔离发射和接收电路；另外一路经过驱动放大器16放大后，由正交移相功分器17分裂成相位差为90度的两路正交信号，其中一路接入第一混频器6的本振信号输入端，另外一路接入第二混频器7本振信号输入端，天线1接收到的经人体散射的回波信号经由环行器2送至接收滤波器3进行滤除其他干扰信号后，送至低噪声放大器4进行放大后，送至功分器5，经功分器5后分裂成两路信号，分别接至第一混频器6和第二混频器7的射频信号输入端，第一混频器6和第二混频器7的信号输出端分别接至第一预处理电路8的输入端和第二预处理电路9的输入端，经过预处理的信号接入第一模数转换器10和第二模数转换器11，第一模数转换器10和第二模数转换器11的输出端接至数字信号处理单元12的输入端，进而通过串行接口18送至计算机19的串行接口输入端，经过小波分析、统计学分析等信号处理算法进行相关函数的计算处理后，从而达到人类生物特征个体识别的目的。
如图2所示，本发明中所采用的预处理电路结构，输入信号首先经过前置放大电路20进行放大后，经过10Hz低通滤波器21滤波后，进入主放大电路22，经过主放大电路22放大后的信号分别接入0.6Hz低通滤波器23和0.7Hz高通滤波器24，经0.6Hz低通滤波器23滤波后的信号经过后级放大器25放大，由于呼吸信号的幅度和频率都很低，因此增加一级后级放大电路25对呼吸信号进一步放大，然后经过50Hz陷波电路26滤除工频干扰后输出呼吸信号，经0.7Hz高通滤波器24滤波后的信号经50Hz陷波电路27滤除工频干扰后输出心跳信号。
如图3所示，所述的频率源电路13包括ADF4360-0芯片及其外围电阻、电容、电感、晶振等元件。
本发明所采用的核心元器件具体型号如下1)天线1为ANT_2400_B_K_C12型号收发天线或自行设计的天线；2)环行器2为RC-SS-2.4-2.5-CC-10WR型号环行器；3)接收滤波器3为SKY33100-360LF芯片；4)低噪声放大器4为MAX2644芯片；5)功分器5为SCN-27芯片；
6)混频器6和7均为SYM-36H芯片；7)模数转换器10和11均为AD7705芯片；8)频率源电路13为ADF4360-0芯片；9)驱动放大器14和16均为SKY65008芯片；10)功率放大器15为RMPA2455芯片；11)正交移相功分器17为QCN-27芯片；12)串行接口18为MAX232芯片；13)前置放大电路20为运算放大器OP-27C芯片；14)10Hz低通滤波器21为双运算放大器LF353N芯片；15)0.6Hz低通滤波器23和0.7Hz高通滤波器24为OP-27C芯片；16)50Hz陷波电路26和27采用双运算放大器LF353N芯片。
权利要求
1.一种基于射频识别的非接触式生物特征识别方法，其特征在于1)利用多普勒频移原理，通过微波发射电路发射电磁波测量信号，该信号经过人体心肺运动反射调制后，呼吸及心脏跳动信息反映在多普勒频移效应上；2)回波经接收系统的正交非相干解调技术得到生物特征参数信号，经过预处理电路分离后分别得到呼吸和心跳信号，送入数字信号处理单元处理；3)经过数据处理单元的运算，从而识别出不同的人类个体，实现对个人身份的识别和认证。
2.一种基于射频识别的非接触式生物特征识别系统，其特征在于天线(1)与环行器(2)的输出端口连接；接收滤波器(3)的两端分别与环行器(2)的接收端口和低噪声放大器(4)的输入端口连接；低噪声放大器(4)的输出端口与功分器(5)的输入端口相连；功分器(5)的两个输出端口分别与第一、第二混频器(6、7)的输入端口连接；第一预处理电路(8)的输入、两路输出端口分别与第一混频器(6)的输出端口和第一模数转换器(10)的两路输入端口连接；第二预处理电路(9)的输入、两路输出端口分别与第二混频器(7)的输出端口和第二模数转换器(11)的两路输入端口连接；第一模数转换器(10)和第二模数转换器(11)的输出端口分别连接数字信号处理单元(12)的输入端口；数字信号处理单元(12)的输出端口分别与频率源电路(13)和串行接口(18)连接；串行接口(18)的输出端口和计算机(19)串行接口输入端口连接；频率源电路(13)的两个输出端口分别和第一驱动放大器(14)和第二驱动放大器(16)的输入端口连接；功率放大器(15)等输入、输出端口分别与环行器(2)的输入端口和第一驱动放大器(14)的输出端口连接；正交移相功分器(17)的输入端口和第二驱动放大器(16)的输入端口连接；正交移相功分器(17)的两个输出端口分别和第一、第二混频器(6、7)的输入端口连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于射频识别的非接触式生物特征识别系统，其特征在于所述的第一、第二预处理电路(8、9)均分别包括前置放大电路(20)、10Hz低通滤波器(21)、主放大电路(22)、0.6Hz低通滤波器(23)、0.7Hz高通滤波器(24)、后级放大电路(25)、第一50Hz陷波电路(26)和第二50Hz陷波电路(27)；其中，前置放大电路(20)的输入端口接混频器的输出端，前置放大电路(20)的输出端口与10Hz低通滤波器(21)的输入端口连接；主放大电路(22)的输入端口与10Hz低通滤波器(21)的输出端口连接；主放大电路(22)的输出端口分别和0.6Hz低通滤波器(23)、0.7Hz高通滤波器(24)的输入端口连接；后级放大电路(25)的输入、输出端口分别与0.6Hz低通滤波器(23)的输出端口和第一50Hz陷波电路(26)的输入端口连接；0.7Hz高通滤波器(24)的输出端口和第二50Hz陷波电路(27)的输入端口连接。两个50Hz陷波电路(26、27)的两路输出端口分别和第一模数转换器(10)的两路输入端口相连；同理，第二预处理电路(9)的两路输出端口分别和第二模数转换器(11)的两路输入端口相连。
4.根据权利要求2所述的一种基于射频识别的非接触式生物特征识别系统，其特征在于所述的数据处理单元(12)是计算机，或者使用基于微处理器、DSP或FPGA的嵌入式处理系统。
全文摘要
本发明公开了一种基于射频识别的非接触式生物特征识别方法与系统。包括频率源电路、天线、环形器、低噪声放大器、功分器、混频器、功率放大器、预处理电路、模数转换器、数字信号处理单元和计算机通讯电路。使用频率源电路产生的微波信号作为探测信号，经过功率放大电路进行功率放大后，再由天线发生出去，经人体胸腔散射回来的信号中必然存在由于人体呼吸与心跳引起的多普勒频移。通过接收部分的正交非相干解调电路和预处理电路，得到携带有呼吸及心脏跳动信息的回波信号，利用数字信号处理单元对回波信号进行分析。因为每个人的心脏跳动都是不同的，因此通过特定的数据处理算法，即可以从中识别出不同的人类个体。
文档编号A61B5/02GK101049239SQ20071006848
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月10日 优先权日2007年5月10日
发明者冉立新, 王圣礼, 顾昌展 申请人:浙江大学