Millimeter-Wave Radar data processing

Abstract

Based on the feasibility study [4], the goal of this master thesis is to compile custom firmware for the XM112 Pulsed Coherent Radar Module, which features a state of the art radar sensor integrated with a microcontroller unit (MCU). This allows the use of custom firmware to check the plausibility of real-time data processing on the radar signals and will lay some of the groundwork for further development of detection algorithms.

In the feasibility study, machine learning was used in the implementation of real-time detection of wrong foot placements while walking on stairs with impressive results like less than 1 percent false positives.

The feasibility study on fall prevention used pre-recorded data which was transmitted over long wires to a system of two computers linked with wifi that handled the algorithms and data processing. Being able to process data directly on the MCU will improve upon some of the redundant setup that was used on the feasibility study.

The XM112 radar, which is used in this thesis, uses mm-waves which operate in the 30-300 GHz interval. The mm-wave technology works without a need for physical contact with the measured object and can provide information about the velocity, range and angle. The signals can pass through certain materials like clothing, plastic, and they are not affected by weather. Due to the short wavelengths used the antenna is also very small, resulting in a system which is very portable and can be fitted almost anywhere.[1]

This thesis will implement firmware based on the provided radar system software (RSS) from the manufacturer. The firmware will contain a selection protocol using serial communication and real-time data processing directly on the XM112 Microcontroller Unit.

Popular Abstract (Swedish)

Databehandling av signaler från millimetervågsradar i
realtid

Radarsensorer som använder millimetervågor är väldigt användbara inom
avkänningsteknik, som har tillämpningar inom bland annat sjukvården, autonoma
robotar, osv. Detta examensarbete bygger vidare på en genomförbarhetsstudie som
med positiva resultat undersökte om det var möjligt att med hjälp av elektronik och algoritmer förhindra fall för äldre personer.

Genomförbarhetsstudiens algoritmer bygger på maskininlärning som är ett område inom artificiell intelligens. Förenklat kan man säga att man tränar datorer för att lösa en specifik uppgift med hjälp av regler och insamlad data. Elektroniken består av en mikrokontroller och radarsensor och är tänkt att användas tillsammans med elektrisk stimulering av perifera nerver inuti användarens ben. När algoritmen förutspår ett fall skickas ett stimuli till användaren som då kan korrigera sitt steg.

Sensorer används ofta för att samla in data, som t.ex. kan användas för att beskriva omgivningen runt omkring oss. Trådlös överföring som bluetooth och wifi förekommer allt oftare och har givit upphov till en nya marknader inom elektronikindustrin som t.ex. sakernas internet. Sakernas internet är precis som det låter, vardagliga föremål kopplas samman med inbyggd elektronik och internetuppkoppling för att kunna styras över nätet.

Utvecklingen av sensorer har gett upphov till nya teknologier för att förbättra övervakning av omgivningen och millimetervågsradarn är ett exempel. Med radarn kan närliggande objekt snabbt och enkelt detekteras med hög känslighet och precision.
Räckvidden ligger mellan några få centimeter upp till ett par hundra meter och kan fungera genom material som inte absorberar radiofrekvensenergi.

Detta arbete har tagit fram ett protokoll och implementerat automatisk datahantering och överföring av informationen som samlats in av radarn i realtid. Syftet var att undersöka och lägga en grund till framtida projekt som då kan använda detta arbetet som referens.

Protokollet kan utökas för att inkludera fler arbetslägen och det finns enkel åtkomst till koddelen för att eventuellt kunna lägga till fler algoritmer.

Fallförhindrande tar ett steg närmare verkligheten men resultatet kan även utnyttjas inom andra områden som till exempel säkerhet där videoövervakning inte är tillåtet, kollisions- och parkeringssystem för fordon; trafikövervakningssystem osv.

Detta är ett positivt resultat då ett fall för äldre personer oftast har allvarliga konsekvenser. Eftersom de har en sämre förmåga att återhämta sig är det viktigt att arbeta preventivt. Detta medför också en minskad belastning på sjukvårdsplatser.

Författare: Jonas Tran

• author: Tran, Jonas
• supervisor: Nebojsa Malesevic
• organization: Department of Biomedical Engineering
• alternative title: Databehandling av millimetervågradar
• course: BMEM05 20202
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: millimeter wave, radar, pulsed coherent radar
• language: English
• additional info: 2020-19
• id: 9032990
• date added to LUP: 2021-01-22 15:03:22
• date last changed: 2021-01-22 15:03:22