如何用雷达实现手势识别

如何用雷达实现手势识别
雷达，英文Radar（Radio Detection And Ranging），利用发射“无线电磁波”得到反射波来探测目标物体的距离，角度，和瞬时速度。随着天线尺寸和芯片的极度缩小，在可预见的未来，更多的雷达设备将会以微型器件面世，如图所展示的那样，它们不仅能嵌入可穿戴设备，成为物联网的一类重要传感器。
图 传统的探测侦查雷达（左）以及Project Soli中用于手势识别的迷你雷达（右）
相比于其它隔空 *** 作技术，比如体感相机、超声波等，雷达有着一些天然优势：比如无论白天黑夜，暴晒寒风，皆可正常工作；在体积、成本，以及功耗上都比Kinect等体感相机来得要更低；高频雷达测量物体距离通常可以精确到毫米级别；而低频雷达则可以做到“穿墙而过”，完全无视遮挡物的存在。这些特性让雷达，尤其是微型雷达，在未来都有着广阔的应用前景。
雷达的组成
一般雷达由发射器、接收器、发射／接收天线、信号处理单元，以及终端设备组成。发射器通过发射天线将经过调频或调幅的电磁波发射出去；部分电磁波触碰物体后被反射回接收器，这就好比声音碰到墙壁被反射回来一样；信号处理单元分析接受到的信号并从中提取有用的信息诸如物体的距离、角度，以及行进速度；这些结果最终被实时地显示在终端设备上。传统的军事雷达还常配有机械控制的旋转装置用以调整天线的朝向，而新型雷达则更多通过电子方式做调整。
为节省材料和空间，通常发射器和接收器可以共享同一个天线，方法是交替开关发射或接收器避免冲突。终端设备通常是一个可以显示物体位置的屏幕，但在迷你雷达的应用中更多是将雷达提取的物理信息作为输入信号传送给诸如手表或其它电子设备。信号处理单元才是雷达真正的创意和灵魂所在，主要利用数学物理分析以及计算机算法对雷达信号作过滤、筛选，并计算出物体的方位。在这基础之上，还可以利用前沿的机器学习算法对捕捉的信号作体感手势识别等等。
雷达实现手势识别
雷达的测距或者测速都把物体想像成一个抽象的点。而真实的物体如手掌则可以认为是一堆三维点的集合体。所以在反射波中已然蕴藏了许多个点的距离与速度信号。同时呈现这些信息的一个好方法叫做距离－多普勒映射（Range-Dopler Map），简称RDM（如图）。RDM中的横轴是速度，纵轴是距离。它可以认为是一张反射波的能量分布图或概率图，每一个单元的数值都代表了反射波从某个特定距离和特定速度的物体得到的反射波能量。仔细看的话，从RDM中已然可以窥见探测物体的特征身形！基于RDM及其时间序列， 我们可以采用机器学习的方法识别特定的能量模式变化，进而识别手势及动作。在Soli推出之前，Nvidia也做过类似的研究。
图 距离-多普勒（速度）映射的等高线表示示例 每一个单元值代表了反射波中具有对应距离和速度的点的集合的反射能量。该映射可以作为特征向量用于机器学习识别手势动作。

物联网，英文名为Internet of things（IoT），顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。

这有两层意思：

1、物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；

2、从人延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

设备之间无需任何人为干扰相互通信的设备组成的网络，设备本身就可以完成创建，修改，删除，发送和接收数据，并使用该数据做出决策。所以说，物联网的关键是设备之间的数据交换。

物联网的应用领域主要包括以下方面：运输和物流领域、工业制造、健康医疗领域范围、智能环境（家庭、办公、工厂）领域、个人和社会领域等，具有十分广阔的市场和应用前景。

扩展资料：

物联网技术的原理其实就是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万建筑的“Internet of Things”。

在这个网络中，建筑（物品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。

物联网的核心技术还是在云端，云计算就是实现物联网的技术核心。

物联网的三项关键技术与领域包括，关键技术：传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术。领域：公共事务管理（节能环保、交通管理等）、公众社会服务（医疗健康、家居建筑、金融保险等）、经济发展建设（能源电力、物流零售等）。

传感器技术是一种计算机应用中的关键技术，将传输线路中的模拟信号转变为可处理的数字信号，交于计算机进行处理。

RFID，全称为Radio Frequency Identification，即射频识别技术，是一种将无线射频技术与嵌入式技术融为一体的综合技术，在不久的将来将广泛应用于自动识别、物品物流管理方面。

嵌入式系统技术是一种将计算机软件、计算机硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术集成于一体的复杂技术。

参考资料来源：百度百科——物联网概念

遥感与物联网是两个完全不同的专业，不知道你为什么要把他们放在一起比较？
1、遥感，一般是指从太空、航空对地面表层或深部的物质进行探测的技术和方法。遥感的本质是物质的无线电辐射特性。遥感技术属于地学领域。
2、物联网，一般是指通过无线通讯技术，将一些设备的状态联系起来，达到彼此控制或感知的目的。物联网是短程快速无线通讯技术、互联网技术和机电控制技术的综合。
3、现在这两个行业都属于尖端技术，但是他们服务的领域和对象不同，对社会和人们生活的影响也不一样。遥感属于基础科学，物联网属于应用技术。

雷达定位技术的概念:雷达的发明
在本世纪30年代，无线电技术出现了重大的突破，那就是雷达的发明。雷达又称作无线电测位。是利用无线电波的反射，来测量远处静止或移动目标的距离和方位，并辨认出被测目标的性质和形状。
早在1887年，赫兹进行验证电磁波存在的实验时就曾发现：发射的电磁波会被一大块金属片反射回来，正如光会被镜面反射一样。
1897年夏天，在波罗的海的海面上，俄国科学家波波夫在“非洲号”巡洋舰和“欧洲号”练习船上直接进行5千米的通信试验时，发现每当联络舰“伊林中尉号”在两舰之间通过时，通信就中断，波波夫在工作日记上记载了障碍物对电磁波传播的影响，并在试验记录中提出了利用电磁波进行导航的可能性。这可以说是雷达思想的萌芽。
1921年业余无线电爱好者发现了短波可以进行洲际通信后，科学家们发现了电离层。短波通信风行全球。
1934年，一批英国科学家在R．W．瓦特领导下对地球大气层进行研究。有一天，瓦特被一个偶然观察到的现象吸引住了。它发现荧光屏上出现了一连串明亮的光点，但从亮度和距离分析，这些光点完全不同于被电离层反射回来的无线电回波信号。经过反复实验，他终于弄清，这些明亮的光点显示的正是被实验室附近一座大楼所反射的无线电回波信号。瓦特马上想到，在荧光屏上既然可以清楚地显示出被建筑物反射的无线电信号，那么活动的目标例如空中的飞机，不是也可以在荧光屏上得到反映吗
根据上述的设想，瓦特和一批英国电机工程师终于在1935年研制成功第一部能用来探测飞机的雷达。后来，探测的目标又迅速扩展到船舶、海岸、岛屿、山峰、礁石、冰山，以及一切能够反射电磁波的物体。
当时研制雷达纯粹是为了军事需要，因此是在保密状态下进行的。实际上，几乎在同一时期，各国的科学家们都在保密的条件下独立地开展这方面的工作，都有杰出的代表人物。R．W瓦特只能说是在这方面已为大家知晓的代表人物而已。
到1939年为止，一些国家秘密发展起来的雷达技术已达到了完全实用的地步。就在这一年，爆发了第二次世界大战，这项新发明在二战中显示出了它的巨大威力。 雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，意为无线电检测和测距，是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。
组成
各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
工作原理
雷达所起的作用和眼睛相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。 事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C,差别在于它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。
测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。
应用
雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
种类
雷达种类很多，可按多种方法分类：
（1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
（2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
（3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。
（4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能。有源电扫阵列的最重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比，有许多显著的优点。
雷达的历史
1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。
1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。
1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。
1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。
1897年汤普森（JJ Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。
1904年侯斯美尔（Christian Hülsmeyer）发明电动镜（telemobiloscope），是利用无线电波回声探测的装置，可防止海上船舶相撞。
1906年德弗瑞斯特（De Forest Lee）发明真空三极管，是世界上第一种可放大信号的主动电子元件。
1916年马可尼（ Marconi）和富兰克林（Franklin）开始研究短波信号反射。
1917年沃森瓦特（Robert Watson-Watt）成功设计雷暴定位装置。
1922年马可尼在美国电气及无线电工程师学会（American Institutes of Electrical and Radio Engineers）发表演说，题目是可防止船只相撞的平面角雷达。
1922年美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。
1924年英国阿普利顿和巴尼特通过电离层反射无线电波测量赛层（ionosphere）的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。
1925年贝尔德（John L Baird）发明机动式电视（现代电视的前身）。
1925年伯烈特（Gregory Breit）与杜武（Merle Antony Tuve）合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。
1931年美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达，开始让发射机发射连续波，三年后改用脉冲波。
1935年法国古顿研制出用磁控管产生16厘米波长的撜习窖捌鲾，可以在雾天或黑夜发现其他船只。这是雷达和平利用的开始。
1936年1月英国W瓦特在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。英国空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。
1937年马可尼公司替英国加建20个链向雷达站。
1937年美国第一个军舰雷达XAF试验成功。
1937年瓦里安兄弟（Russell and Sigurd Varian）研制成高功率微波振荡器，又称速调管（klystron）。
1939年布特（Henry Boot）与兰特尔（John T Randall）发明电子管，又称共振穴磁控管（resonant-cavity magnetron ）。
1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。
1943年美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，可将运动中的飞机柏摄下来，他胶发明了可同时分辨几十个目标的微波预警雷达。
1944年马可尼公司成功设计、开发并生产「布袋式」（Bagful）系统，以及「地毡式」（Carpet）雷达干扰系统。前者用来截取德国的无线电通讯，而后者则用来装备英国皇家空军（RAF）的轰炸机队。
1945年二次大战结束后，全凭装有特别设计的真空管——磁控管的雷达，盟军得以打败德国。
1947年美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。
50年代中期美国装备了超距预警雷达系统，可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。
1959年美国通用电器公司研制出d道导d预警雷达系统，可发跟踪3000英里外，600英里高的导d，预警时间为20分钟。
1964年美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造地球卫星或空间飞行器。
1971年加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。
影响雷达定位精度的因素有:1`雷达波的水平宽度
2·扫描中心和方位标尺中心不一致
3·扫描线和天线不同步
4·视差
5·倾斜误差
6·固定刻度盘的零度与被测尾线不一致
7·陀螺罗经差中的误差
8·荧光屏曲率引起的误差
9·天气原因

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