Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8,   pp. 5 227~ 5237   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 5227 - 52 37          5227       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Throu gh the Wal l, Reco gn ize Moving T ar gets Bas ed on Mi cro - Dopple r Si gnatures         Thamir  Rashe d Saeed ,  M ahmuod  H amz a Al - Muifr aj e ,   Ghufra n  M.   Hatem   Rada r  R ese ar ch Group(R 2 G),  De par tment  of   E lec tri c al   Engi n ee rin g,   Univer si t y   of   Te chno log y ,   Ira q       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   21 , 2 01 8   Re vised  Ju l   2 6 ,  201 8   Accepte d  J ul  29 , 2 01 8       Rada r is   a  prom i sing d evi c e  for   d et e ct ion   and  r ecogniti on  of   invi s ibl e  m oving   obje c ts,  W her e,  the   m ic ro - Doppler   fre qu ency   shift  ca used  b y  m oving  the   obje c t' s  p art s  ha ve  bee n   rep r ese n te d  as  an  attra ct i ve  feature   in  th e  rec ogni ti on   proc ess.  In  spite   of  tha t ,   no  thoro ugh  ana l y sis of  h um an  m ovement  b y   bi c y c le  and  no  discri m i nat e  from   th e  ru nning   one  throu gh  the   wal l  in  t he  literature .   Thi s  pape r  pre sents  a  m at hemati cal  m odel   of  bicy cle  m ovement,   the n,   th e   rec ogni ti on  of  m oving  obje ct s   through  the   wall .   W her e  th ree   hum an  m ovements;  wal king,   runn ing  an d  on  a   bi c y cle  h a ve  be en  r ec ogni z ed  through  two   t y pes  of   wal l  wood  and   cor k .   The  the o retical  ana l y sis  and  m e asure d  was   give n  a  re cognition  98. 7%  for   hum an  walki n g  on  his  fe et,  99%  of  th e   passenge r  on  a  bicy c le ,   and   98 %  of  th e  pe rson  running  h av e  b ee n  ac hi eved   without   wall s .   W hil e,   a   95. 4% ,   96. 2% ,   and  9 5%  rec ogni ti on   have   be en   gai ned  from   walki ng,   m oving  b y   bicy cle  and  running  with  wooden  wall   and   94%,   94. 8% ,   an d  93. 3%  respe ctively   wi th  cor k  wall .   2 . 4  GH z  a s  a  det e ct o r   and  SV M a s c la s sifie r are   used.   Ke yw or d:   Mi cro - dopple r fre qu e ncy   Object  recog niti on   Thro ugh wall   detect ion      Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Tham ir Rashed Saeed ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   Un i ver sit y o f Te ch no l og y,  Ir aq.   Em a il :  tha m ir_ rash e d@y ah oo.co m       1.   INTROD U CTION     In   t he  la st  de c ade,  radar  has  dev el op e d  a s  a   prom isi ng   in novative   [ 1]  f or  detect ing  an d  recog nizing  the  m ov in g  obje ct s  beh in d  the   wall s  [2 ] - [ 4].   In   this  co ntext,   the  wall s  are  com plex  prop a ga ti on   en vir on m ents   that  intr oduce  refract ion,  at te nu at io n,  ri ng i ng  a nd  m ulti pat h  to   the  rad a r  s ign al   [2 ] .  T he r efore,  t he  knowle dge   of   m ov in g  ob j ect s  ca n  be   a  us e fu l  t oo l  in  sur veill ance,  secu rity ,  m il it ary  co m b at ,  searc h  a nd   r escue   op e rati ons,   m e dical   fiel ds,  urban  wa rf a re,   a nti - te rror ism ,  la w  e nfor c em e nt,  ea rth qu a ke   survi vor  dete ct ion ,   trap ped  hum an  locat ion,  ho m el and   secu rity ,  an d  the   co nce al ed  wea pon  de te ct ion   [ 5] - [ 8] .  I n  this   co ntex t,  the   adv a ntage s  of  ra da r   c ompare d  t o  th e   oth e r  sens ors  is  t he  a bili ty   of   operati on  in   di ff e ren t   env i ronm ents [9] - [ 11] .    The  ex pected  beh a vior  of  th e  il lu m inate d  m ov ing   obj ect s  by  rad ar  sig na l  has  m od ulate d  this  sign al   at   the  received   ph ase  ca us e d  by  the  tim e - var yi ng   delay   be tween   the  rad a r  an d  that  obj e ct .  Than   a  Dopp l e r   fr e qu e ncy  has  been   i ntrod uce d  cause d  by  th is  m otion ,  w hile,  the  m ic ro - Dop pler  w hich   is  caused   by  m ic ro - m ot ion - [2 ] ,  [ 12] .  In   case  of   hu m an  as  a  non - rigid   body,  wh e re  his  m ic r o - m otion   is  introd uced   by  his  par ts;   the   arm s,  le gs ,  torso,  an d  ot he rs.   All  these  par ts  are  c ontr ibu te d  t o  a  uniqu e  si gn at ur e  cause d  by  it s  m ic ro - Dop pler  w hic h  is  m od ulate d  on  the  m ain   D oppler  whic h  is  create d  by  the  torso   [10].  Theref ore,  the   recog niti on   of   m ov ing   ob j ect s  is  achieve d  by   it s  m ic ro - Dopp le r  (MD )  fe a tures,   w her e ,  the  m ic ro - m oti on   has   a  uniq ue  si gna ture  at   dif fer e nt  ra nges  [13],   [ 14 ] .   This   sig natu re  will   be  reduce d  to   m i nim iz e  the  ef f or ts  of   dig it al   sign al   proc es sin g  ap plica ti on s  [ 15] - [ 18] .  It  is  oft en  be nef ic ia l,  the  c ho ic e  of   t he  f re qu e ncy  of  op e r at ion  dep e nds  on  th e  app li cat ion,   sp eci fical ly   on   the  barrier   ty pe,   ta rg et   po sit io n  be hind  the  wall ,  sta ndoff   requirem ent, a nd r es olu ti on  r equ i rem ents, all  o f  which  are som ewh at  inter relat ed  [ 8].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8:  5227   -   5 237   5228   As  f or   t he  th r ough - wall   ap pl ic at ion s,  w hic h   is  re pr ese nte d  an  is  a pp e al ing   r esearc h  a rea  there  is  gr eat   resea rc h  value  f or   hu m an  detect ion  and   r eco gnit ion   us in g  ra da r   te chnolo gy.  Wh e re,  L ui  et   al .  [19]   stud ie d  the  m otion   detect io n  and   recog niti on   base d  on  M D  thr ough  the  ho m og e neous  non - m agn et ic   wal ls,   wh e re  t hey  sho w  that  t he  si gnat ur es  a re  unal te red   as   co rro borate d  by  Ra m   et   al .  I n  [20].  I n  this   co ntext,   Chen   et   al .  in  [10],  [ 21 ]   prese nted  a  recog niti on   s tud y  thr ou gh   t wo   dif fer e nt  10  cm   - thick  w al ls,  con c rete  blo c ks  and   plasti c,  f or  m edical   app li ca ti on .  In   [6 ]   was  c on ce ntrat ed  to  the   thr ou gh   t he  wall s  cl assifi cat ion   ac cur acy   by  us in g  the  s upport  ve ct or   m achine  f or   S - ba nd  at   long  range.  Wh il e  [ 22 ] ,  is  e xtracted  the  ef fected   m ic r o  sign al   by  th res ho l d  se gm entat ion ,  a nd  the   tr ai nin g  phase  is   done  by  us i ng   SV M  with  ac cur acy   is  gain ed  by  95.4 %.   Howe ver,  de spi te   these  stu dies,  the re  is  sti ll   a  ga p  i n  the  di sti nction  betw een  the   detect ion  an d  t he   recog niti on   t hroug h  the   wall   for  t he  r unni ng  pe rs on   fro m   that  whose  m ov ing   by  bic yc le   and   t her e   is  no   m at he m at ic a l  m od el   of   t hese   m ov e m ents.  I nd ee d  t he  i ncrea sing  of  th e  us a ge  of   t he  non - m agn et ic   m at erial  li ke  w ood  a nd  cork  as  wall ' s  i ns ulati on  la ye r   especial ly   in  the  ho s pital s,  w hile  there  is  a   gap  in  the   rese arc h  area  of   detect ion an d rec ogni ti on  th r ough th ese la y ers.     Ther e f or e,   this   pa per  f oc us es   on  the   rec ognit ion  of  t he  hu m an  act ivit ie s  th rou gh  the   w oo d  a nd  c ork  la ye rs.   Also ,   t he  m a the m at ical  analy sis  of   t he  hum an  m ov ing   by  a  bicy cl e  is  pr esent.  T hen,  the  eff ect   on   the   m ic ro wa ve pr opagati on t hro ugh t his lay er,   a nd the  rec ogniti on   of the  hum an  m ov em ent h ave  b ee n p res ented        2.   MICRO - DOP PLE R  EFFE CT I N RAD A R  [ 14]     To  analy ze  the   m ov in g  ob j ect   at   po int  P  with  m ov ing   fr e quency  fv   at   dis ta nce  R   with  di sp la cem ent   Dv as s how n  i n  Fi gure  1 ,  the  m at he m at ic s o f  it s m ic ro - Dop p le r  e ff ect  is;     The displac em ent fu nction i s     D(t) = D v   sin(2 π fv t )  co s β cos α p   (ass um ing   α = 0  a nd  β p = 0)     The ran ge f un c ti on   var ie s  wit h  ti m e d ue  to  the tar get m ic ro - m otion  is;     R( t ) = R +  D(t ) .            Figure  1. Ge om et ry f or r a dar an d  m ov in g p oin t  obj ect       The  rad a r recei ved sig nal  bec om es [ 1]     ( ) =   ( ( 2 + ( ) ) )       ( ) = 4 ( )                   (1)     wh e re;   ρ   -   bac ks cat te rin g  c oe ff ic ie nt.     f o   -   ca rr ie r  fre qu e ncy.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Th r ough t he  W all, Rec ognize  Movin g Tar get s Ba s ed  on Mic ro - D oppler  Signa t ur es  ( T hami r Ra s he d S aee d )   5229     λ   -   ca rr ie r wav el eng th .    Substi tuti ng th e eq uation o f   R (t)  in  equati on  (1),  a nd the n d erive its  ph a se  to pr oduce t he m ic ro - D opple r  as;      =  cos cos   cos   ( )               (2)     In this c on te xt,  the  rou nd - trip   return tim e  τ R   for  a tar get locate d  at  a  ra ng e  of  R i s g ive n by  [ 8];     = 2                     (3)       3.   WALL EF FE CTS   In   th r ough - the - wall   ra dar   des ign   a nd   it s  ret urn  sig nal  anal ysi s,  the  pro pe rtie s  of   that  w al l  rep rese nt  crit ic al  f act or s w hic h  aff ect e d on  the att enu a ti on , d is per si on, r e flect ion , a nd  r e fr act i on  of the  return signal  and   then  on  the  D opple r  sign at ur e s  [23],  [10].  T he  eff ect   of   th e  wall s  on   the,   Tx/Rx  bel ow   X  ba nd,  ra dar   sign al s   are  co ncen tr at ed  in  two  po i nts ;  the  first  on e  is  the  eff ect   on  the  sign al   phas e,  this  eff ect   is  si m ple  and   co nst ant  because  o f  th e w al l i s stat ion ary. Th e sec on d effect i s o n  th e  m axi m u m  d e te ct able ran ge , w he re,  the sig na l - to - no ise   rati o  (S / R)  of   t he  MD  sign at ur e  is  de crease  cau sed  by  the  wall   at te nu at io n  [2 ] ,  [ 24 ] .  In   this  c on te xt,  the   pro per ti es  of  the  wall   w hich   is   pr od uced   t he  at te nu at io n  are;  the  pe rm i t ti vit y  (ε) ,  perm eabil it y  (µ) ,  and   t he   cond uctivit y  ( σ),   w her e ,   al l  these  pros per it ie s  are  var ie d  on  the   f reque nc y  of  the  i nci den t  wa ve.  I f  these   m at erial' s p rop erti es are  know n,  t hen the att e nu at io n  c onsta nt can be  app roxim a te d  as [2 3] , [ 25] ;     = √  √ 1 + ( 1  ) 2 − 1 2         for  lo w - lossy  m at erial  as w ood ca n ap pro xi m at e as     = 0 . 5   √ = 0 . 5   √ =               (4)     wh il e the  inci de nt w a ve velo c it y t hr ough t he  m at erial   is[25 ] ;     = √ 1 + √ 1 + (  ) 2 2     wh e re;   = , = 2  ,     = 1       −             ∴     = / √     = 4   10 - 7   H/m .   = 8.854 18782 ×   10 - 12   m - 3   kg - 1   s 4   A 2     Ob se r ving  the   D oppler  featu res  of   t he  ref l ect ed  sig nal  e nab le s   the  cl utter  to  be  easi l y  su pp resse d  because ,  in  ge ner al ,  tra diti onal   cl utter  el e ments  su c h  as  wall s,  fu r nitur e ,  and   oth er  sta ti on a ry  obj ect s  will   no t   exh i bit a D oppl er s hi ft.   It  is  wo rt h  noti ng   that,  when  t he  wall   is  con s tructed  f r om   the  wood   or   glass  or   co r k  or   dry wall ,  the   at te nu at io n  is  relat ively   s m all.  Con s e quentl y,  the  fr e quen cy   sel ect ion   is  i m po rtant  f or   app li cat ions  be cause   the  m at erial   p roper ti es  are  dep e ndent  on   it .  [2 3].  H oweve r,   if  a  sta ti on ary  ta r get  vib rates,  ro ta te s,  or   m aneu ve rs,  it s  struct ur al   par t s  are  in   m otion ,  a nd  these  i nduce   the  m ic ro - D oppl er   m od ulati on s .  I f  the re  ar e   = 1,   2,  .  .  .  ,    str uctu res  with   ,   bein g  the   ra dia l  velocit y  of  th e  ℎ   str uctu re,  t he   com po sit e  m i cro - D opple r   sig nal   has   fr e quency   com pone nts  at   2 V r , i   f o / c   ∀ i = 1,   2,  .   .   .   ,   N ,  w hi ch  a re   uniq ue   to  the   s pecific   m otion al  char act e risti cs o f  the tar get.   An al ysi s  of  th e  m ic ro - Dop pler  sig natu res  i n  the  joint  ti m e - f reque ncy  dom ai n  can  pro vid e  us e fu l   inf or m at ion   f or  ta r get  detect ion ,   cl assifi cat ion ,   an d  rec ogniti on  [8 ] ,   [ 26] .   T her e f or e,   the  m ic ro - Dopp le r   sign at ur es  f r om   the  scene  are  cal culat ed  by   app ly ing   a  ti m e - fr e qu e ncy  trans form s,  su ch  as  the  Sho r t - Ti m e   Four ie r  T ra ns f or m   (S TFT)  w it h  a  Gau s sia n  window,  t o  the  scat te red   fi el ds .  T hen,  the   com pu ta ti on   of   this   trans form   is  based   on  the   pro per  sam pling   r at e,  w hile  this  sam pling   rate  dep e nds  on  the   m axi m u m   fr equ e nc y   Dop pler  s hift,   wh e re,  it  d e pends on t he  r at e  of m otion  [9].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8:  5227   -   5 237   5230   4.   E X PERI MEN TAL C AS E  S TUD Y   The  e xperim ental   work  f or  de te ct ion   a nd  rec ogniti on  of  the   hum an  m ov em ents  be hind  t he  wall   ha ve   been d one  with  the s pecific  pa r am et ers  as in  Table  1,  t hese  par am et ers  are;       Table  1.  E xper i m ental  Par am et ers   No .   Para m eter   Qu ality   Ty p es   1   W all thick n ess   2 0  c m   wo o d en   2   Bo d y  parts sp eed   2 - 5   m /sec   Hu m an   3   Dv   0 .01   m     4   U   0   m     5   V   2 - 5   m   Hu m an   6   W   1 .66   m   Hu m an   7   Carrie r  f requ en cy   2 .4 Gh z   Rad ar  Para m eters[ 1 9 ]   8   BW   4 0 0  M h z   9   Sa m p lin g   128   10   An t.  Po lariza tio n   Vertica l   11   Sweep  T i m e  FMC W - S awto o th   0 .5  m sec       The  hum an  body  m od el   has  been   base d  on   the  m od el   wh i ch  is  pr ese nted   in  [7 ] ,  [8 ] ,  [ 9]  as  sh own  i n  Figure  2.             (a) Ra dial veloc it ie s f or d if fere nt bo dy joints  in on e  cyc le   (b)D i ff e ren t m ov i ng bo dy' s  par ts     Figure  2. H uma n body' s p arts  v el ociti es       w he re;   = relat ive v el ocity   of  c yc le = aver age  vel ocity / heigh t  of the t high  = 3/ 0. 83= 3.614 4    = relat ive len gth   of  the cyc le = 1.346 √ = 2.558 9   = /   --   durati on  of  walkin g  cy cl e = 2.558 9/3 . 6155 = 0.7 07 sec   f Doppler = 2 v R / λ c = ( 32 - 80) Hz   v R   -   rate o f  m otion(2 - 5)m /se c.,    The  sam pling   rate  is  directl y  pr op or ti onal   to  the  m axi m u m   sp eed  obser ved.  It  fo ll ows   that,  fo r  a   range  of  sp ee d  of   2 - 5  m /s,  th e  Dopp le r  sh if t  can  var y  signi ficantl y  based  on   the  operati ng   f re qu e ncy  of   th e   rad a r.   F or  insta nce,  us in g  a  2.4  G Hz  rad a r  re su lt s  in  a  Dop pl er  sh ift  of   (32 - 80)  Hz,   wh ic h  requires  a  sam pling  rate ( 64 - 160) s a m ples/s. I n  thi s cont ext,  the  m od el  o f  t he h um an  m ov in g on a  bicy cl e as shown i n  Fi gu re  3  is;   The  li nea r  m ove m ent o f  lag = D   m.   The  ci rc um fer e nce  of a circl e  C1   is  relat ed  to  2 D   m .    C1 = K   C2   m. = K×π× R  m.   The  s pee d of b ic yc le = Z ×  K× π× R   m /se c.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Th r ough t he  W all, Rec ognize  Movin g Tar get s Ba s ed  on Mic ro - D oppler  Signa t ur es  ( T hami r Ra s he d S aee d )   5231   w he re;   K -   pe rc ent of  C 1/C2 .   Z -   no. of  t urn  /sec.   R -   rad i us   of th e   rear  wheel .    L = u  c os(β)  +  Y  c os (α )   The n  the  Do pple r  f reque ncy of the  hum an  m ov i ng on bic yc le = 2 ×     2  ( ) ≅  2 = 6.315    2   Hz       5.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   The  e xp e rim ents  hav e  bee n  done  i n  ou r  la borat or y  by  us i ng   a n  An c ort ek  I nc.   S - band  r adar   kit  [27]  as  sh ow n  in  F i gure  4 ( a) .  Wh e re  from   the  resu lt s  of   the se  ex per im ents,  the  abili ty   of   detect ion   an d  rec og niti on  of   the  m ov in g  body  be hind  th e  woo den   wa ll   is  evi den t  a nd  sh ows  in  t he  F igures  ( 5 - 9).  Wh e re  th ree  di ff e ren t   hu m an  m ov em ents  ha ve  bee n  exam ined;  H um an  walki ng,  r unning  a nd  m ov in g  by  the  bicy cl e  as  exp la in ed  in   F igures   ( 2,3) ,   with tw o dif fere nt w al ls;   woo den an d  c ork  a s in  Fi gure  3  a nd 4.               Figure  3.  H uma n  m ov in g on  bicy cl e m od el             (a) Ra dar   be hind the  w al l     (b) W al king  person on t he othe r  w al l si de     Figure  4. The  e xp e rim ent in libr at or y,  (a) t he  r a dar  i n woo de n wall  side,  (b )  m ov in g perso n  in  anothe r  woo den w al l si de     The  m ov in g H um an  body  part s,  ra dial vel ociti es, and r el at e d Dop pler fre quencies  are  li st ed  in  the  Table  2 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8:  5227   -   5 237   5232   Table  2.   H um a n  B od y  Parts  V el ociti es and R el at ed  D oppler  Fr e quencies   H.B.P. *   Sp eed  m /sec   Do p p ler  f requ en cy  ( Hz )   Han d  sp eed   - 0 .7  —   +2   1 1 .2  —   32   Kn ee   - 0 .7  —   +2 .1   1 1 .2  —   3 3 .6   An k le   - 0 .2  —   +4 .95   3 .2  —   7 9 .2   Toe   - 0 .8  —   +  4.8   1 2 .8  —   7 6 .8       In   the  be ginnin g,   the  la bo ratory   wall   at   5. 6  m   fr om   the  rad a r .  The  po wer   frequ e ncy  intens it y  against  range  is  sh ow n  in  Fig ur e  5 ( a),  w hich  is  re la te d  to  the  lab orat ory   wall   and   the  respo nse   of   the  pe rs on  in  the  la borator y  without  m ov in g  at   2.8m   fr om   the  rad a r.   Also,  th e  Dop pler  fr e quency  range  of  that  wall   an d  per s on   app ea rs  i n  the   Figure   5 ( b), a nd it ' s clea r  the  Dop pler  is ze r o becau se the r e is n o  m otion .                 (a) P ower/f re quency agai ns t r a ng e   (b)Tim e agains t fr e qu e ncy     Figure  5. L ab orat or y   wall  5.6  m  an d  a stan di ng p e rs on at 2 . 8m  f ro m  the r a dar       The  m ov em en t  of   the  per s on  an d  his  par t s  le ads  to  the  gen e rate  the  D oppler  an d  m i cro - D opple r,   wh ic h  is  relat e d   to  t he  par ts  ve locit ie s  as  in  F igure  6.   Whe re,  the   vel ociti es  ha ve  been   a pp ea rin g  as  i n  Figure  6   ( a),   w hic h  re pr ese nts  t he  diff e ren t  velocit ie s  of  th e  Hu m an  body  par ts   against  t he  range.  I n  this   co nt ext,  th e   Dop pler  fr e qu ency  caused   by   these  velocit ie s  is   cl eared  in  Figu re  6   ( b),  wh e re  the  app ea ra nce  of  these   Dop pler wit h d iffer e nt ti m e d el ay  caused b y  the m ov em ent o f  the  perso n  a gainst t he  fi xe d rada r.               (a) Ra dial Velo ci ty  ag ai ns t ra nge  for  m ov in g perso n   (b)Tim e agains t fr e qu e ncy     Figure  6.  Lab orat or y  wall  5.6  m  an d  a m ov in g perso n  at   2.8 m  f ro m  the r ad ar       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Th r ough t he  W all, Rec ognize  Movin g Tar get s Ba s ed  on Mic ro - D oppler  Signa t ur es  ( T hami r Ra s he d S aee d )   5233   The  com par iso n  betwee n  Fig ur e  5  an d  6 ,  wh e re,  the  difference  is  cl ear   wh er e  the  person   a ppear s   without  m ov e m ent  in  Fig ur e   5 , while   in  Fig ur e 6   t he  pe rs on  is  in  m otion .  I n  t his  co ntext ,   the  dis persi on o f  t he  ref le ct ed  sig na l  caused   by  the   wood e n  wall   has  al so   ap pea red   in  the  Fig ure  7.   Wh il e,  Figure  8  re pr e se nts  the  respo ns e  a nd  velocit ie s  ra nge  distrib utio n  of   t he  body  pa rts  w hich  is  de te ct ed  thr ough   that  wall ,  where  the   par ts  w hich  ha ve  a  m ov em ent  le ss  than  12. 5  cm   fr o m   the  cor e   of  the   body  (to rso),   it   will   appear  a s  one   m ov ing   obj ect ,  b eca us e the  op erati ng freq ue nc y has  wav el e ngth is  12. 5  cm , and  the  noise  wh ic h  a pp ea rs i s b y  wall  eff ect e d o n  th e  sig nal  prop a gatio n  .               Figure  7   (a) . F i xed p e rs on b e hi nd   w ood wall   (2.8 m )  from  r adar   Figure  7 (b) .  Radial  v el ociti es again st a ra ng e of  m ov ing   per s on       Fo rt unat el y,  th e  hum an  on   t he   bicy cl e  is  m ov i ng  his  le gs ,   not  his  a rm ,  t her e fore,  t his  note   has   bee n  us e d  f or r ec og nizing bet wee n t hese m ov em e nts. Also , th e  bi cy cl e w heels a pp ea r  it s  veloci ty  as in  Fi gure  8,             Figure  8. Ra di al  v el ociti es ag ai ns t a ra ng e  for  m ov in g  a  person at   2.8 m  w it h  bicy cl e  beh i nd wo od  W al l  from   rad a r       Anothe r  wall   has  bee n  e xa m ined,   co r k  wall   wh ic h  is  us ed  widely   in  m any  app li cat ion s  as  a n  isolat ion  lay er .  Th e  r es pons e   of hum an  m ov e m ents b e hind  the cor k wall  is shown i n  Fi gu re  9 .   The  diff e re nce   in  res ponse s  be tween  t he  rec ogniti on  of  hum an  m ov e m ents  beh i nd  the  woo den  wall   and  the  c ork  wall   is  cause d  by  their   inter nal  str uctu re.  Wh e re  t he  int ern al   st ru ct ur e   of  the  w ood  is  m ore   su it able  f or   det ect ion   at   2. 4  G Hz  tha n  a  c ork   wall .  Fig u re  10  sho wn   t he  ef fect  of   t he  inte rn al   wall   struct ur e ,  wh e re  t he  de viati on   of  the   pr op a gatio n  wa ve   thr ough  t hes e  wall s,  especi al ly   through   th e  co rk  wall ,   w hile  the   disp e rsion  of the  pro pag at io n wa ve  th r ough  the wo od e n wa ll  is cle ar.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8:  5227   -   5 237   5234           (a)Dop pler  fr e qu e ncy  with ti m e fo r  hum an  body  par ts  duri ng jo gg i ng   (b)Do pp le r  f re qu e ncy  with ti m e fo r  p a rts  of the  hu m an  bo dy whil e m ov ing o n a bicy cl e     Figure  9. D oppl er freque ncy  with ti m e fo r p arts of t he hu m an body t hr ough the  w al l       The  diff e re nce   in  res ponse s   be tween  t he  rec ogniti on  of  hum an  m ov e m ents  beh i nd  the  woo den  wall   and  the  c ork  wall   is  cause d  by  their   inter nal  str uctu re.  Wh e re  t he  int ern al   st ru ct ur e   of  the  w ood  is  m ore   su it able  f or   det ect ion   at   2.4  G Hz  tha n  a  c ork   wall .  Fig ur e  10  sho wn   t he  ef fect  of   t he  inte rn al   wall   struct ur e ,  wh e re  t he  de viati on   of  the   pr op a gatio n  wa ve   thr ough  t hes e  wall s,  especi al ly   through   th e  co rk  wall ,   w hile  the   disp e rsion  of the  pro pag at io n wa ve  th r ough  the wo od e n wa ll  is cle ar.           Figure  10. T he  eff ect   of  wall  inn e r  st ru ct ur a l  on the  pro pa ga ti on   wav e  th rough  it , (a) with ou t a  w al l,  ( b) c ork  wall  and  (c)wood e n wall   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Th r ough t he  W all, Rec ognize  Movin g Tar get s Ba s ed  on Mic ro - D oppler  Signa t ur es  ( T hami r Ra s he d S aee d )   5235   Ther e f or e,   to   c la ssify  these  t hree  m otion s  wi th  a nd  with out  wall   a  t hr ee   S VM  has  bee n  us e d  as   in   pro po se d  cl ass ifie r,   an d  the  cl assifi cat ion   al go rithm   has  been   show n  i n  Figure  11.  Where,  acco rd i ng   to  the  velo ci ty   of   the   le gs   and   arm   as  in  Figure  2  and   T a ble  2  w her e  it   is  us ed  as  featur es ,  can  cl assify   the  sign a l   from   hu m an  as;   walkin g,   r unning  or  m ov e  by  bicy cl e.  Wh ere ,  if  the   ar m   is  in  m otion  the  bo dy  is  w al kin g  or   run ning  an d  cl assify   betwee n  these  tw o  m otion s  by  the  t orso  velocit y  (m ai n  D oppler ).   Well ,  if  the  a r m   is  no t   m ov ed  an d  t he l egs  are  m ov ed  then the  body  is a m ov e b y  bi cy cl e.    The n  the   seco nd  an d  t hir d  c la ssifie r  is  w orki ng  with   the   sp ee d  of  the  le gs   ( K nee  a nd   Ankle)  a s   featur e s  f or  hum an  m otion  decisi on  a nd   cl assifi cat ion  am on g;  wal ki ng ,   r unni ng  or  m ov e  by  bicy cl e.   Ther e f or e,  acc ordin g  to  the  hum an  bo dy  pa r ts  velocit ie s,  the  cl assifi cat ion   of   dif fer e nt  hum an  m ov ing   sta tus   has  bee n  done  by  us in g  SV M   as  a  cl assi fier  and   us e  the  m i cro - D opple r  ef fect  as  a  feature ,  and   the  re sul ts  as   sh ow n  in  Ta ble 3 .           Figure  11. Clas sifie r  fl ow c ha rt       Table  3.  Rec og niti on   of  Diff e r ent Mo ving B odie s  with T wo  Wall s Type   Mov in g  bo d y   Reco .%  with o u t wall   Reco . % with   wo o d en  wall   Reco .% with   Co rk wall   W alk in g  Hu m an   98 .7   9 5 .4   94   Hu m an  on  the  b icy cle   99   9 6 .2   9 4 .8   Ru n n in g   Hu m an   98   95   9 3 .3       6.   CONCL US I O N   Thro ugh - wall   detect ion   a nd   cl assifi cat ion   are  vital   in  m any  app li cat io ns .  Wh il e  ther e  are  m any   i m po rtant  fact or s ,  ha ve  bee n  effe ct ed  on  the  detect ion   and   cl assifi cat ion   w hic h  are   con cl ud e d  f r om   this   exp e rim ental   work.  The se  f act or s  are;  sig nal  stren gth ,  wa ll   prosp e riti es  (inter nal  w al l  structur e ),   detect ion  distance,   car rier  f reque ncy,  a nd  the   am ou nt  of  dis placem ent   of  m ov ing  bo dy  pa rts.  Wher e  2.4  G Hz  has  bee n  us e d,   t he  detect able  dis placem ent  in  our  e xperim ents  is  12. 5  cm ,  an d  it   is  achieve d  i n  so m ebo dies  pa rts  i n  hu m an  walki ng,  r unni ng   a nd  hu m an  on   th e  bicy cl e.  Ther ef or e ,  the  rec ogniti on   wh ic h  has  been   ga ined  is   98.7%  of   the  hum an  walking   and   98%  for  hum an  ru nnin g,  wh il e,  99%  of   hu m an  on   the   bicy cl e  m ov em ent  without  wall s.   W hile,  t he  re cogniti on  w hi ch  is  g ai ned,  with  the  w oode n  wall ,  is  95 .4 %  for  a  hum an  is  walkin g,  and 95%  f or  a  hum a n  is  r unni ng,  w hile,  96. 2%  for   hu m an  m ov in g  by  a b ic yc le .  In   a nothe r  w ord,   th e   recog niti on   th r ough  the  c ork  wall   is  reduce d  by  1.5 59%  f rom   that  of   the  woo den   wall ,  cause d  by  it s  inter nal   structu re.  In   t hi s  con te xt,  the cla ssific at ion   is  base d  on  the h an d,  Knee  an d  A nkle   m ov em ent  as  a  hu m an  bo dy   par t  by  us in g  S VM as a  classi fier.       ACKN OWLE DGE MENTS     We  w ou l d  li ke  to  thank   prof .  Dr.   Jaw ad  K.  Al i   fo r  hi s  su pp or t  an d  adv ic e  in  accom plishing   our wor k         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8:  5227   -   5 237   5236     REFERE NCE S    [1]   Vince nt   R.   Rad zi ck i,   D avi d  Bo utt e ,   Paul   V.  T a y lor,  and   Hua  Le e .   “ Standoff  CW   Rada r  for   Through - the - W a ll  Dete c ti on  of   Hu m an  Hea rtb ea t   Signat ur e ” s.  IEEE   Radar  Conf ere n ce   ( RadarConf) ,   2016.   [2]   Shobha  Sundar  Ram  and  Ang sh ul  Majumdar.   “ Through - W al l  Propaga t ion  Eff e ct s  on  Doppler - Enha nc ed  Fronta l   Rada r  Im ag es  of   Hum ans ” .  IE EE R adar Conf ere n ce   2016 .   [3]   Ti an  Jin,  Yongping  Song,  Bi y in g  Lu  and  Zhi m in  Zhou.   “ A  nov el   through - the - wall   image  form at ion  for  vir tua l   ape rtur e  rad ar  with  elec t rom agne tic  wave   r efr ac t ion  eff ec t   co rre ction ” .   URSI   Gene ral  Assem bly   and  S ci en ti f ic  Symposium ( UR SI  GASS) ,   2014 ” .   [4]   P.  Anil  Kum ar,   B.   Anuradha .   R efl e ct iv ity   Para m et er  Ext ra ction   From  RADAR  Im age s  Us ing  B ac k  Propaga t ion  Algorit hm s ” .  Int ernati onal  Journal  of  El e ct rica l   and  Computer  Engi ne ering  ( IJE CE) ,   vol  8 ,   N o.   5,   Oct . ,   p art 1 ,   2018.   [5]   Pin - Heng  Chen, Mahe sh  C.   Shastr y ,   Chi eh - Ping Lai,  and   Ram  M.  Nara y ana n .   “ A  P orta bl e  Re al - Tim e  Digit a l  Nois e  Rada r  S y st em  for  Through - the - W al l  Im agi ng ” .  IEE E  Tr ansact ions  on  Geosci e nce   and  R emote  Sensing ,   2012;   50(10).   [6]   Dus ti n  P.  Fair c hil d  and  Ram  M.  Nara y a nan .   “ Micro - Doppler   Rada r   Cla ss ifica t ion  of  Hum a n  Motions  unde r   Vari ous T ra ini n g  Scena r ios ” .  SP IE  Proc ee d ings   Vol.   8734 ,   2013 .   [7]   Xiaoxi ang  L iu,   Henr y   L e ung,   an d  George   A.  Lam propoulos.   “ Eff ec ts of   Non - Uniform   Motion  in  Through - the - W a ll  SA R  Im agi ng ” .   I EE E   Tr ansacti o ns on  Antennas  and  Propagati on .   2009;   57(  11) .   [8]   Ram  M.  Nara y a nan,   Sonn y   Sm it h,   and  K y le  A.  Gall agh er.   “ A  Multi fr eque nc y   R a dar   S y st em  for  Dete c ti ng  Hum ans  and  Chara c te ri z ing  Hum an  Ac ti vities  for  Short - Range   Throu gh - W al l  and  L ong - Range   Foli age   Penet r at ion   Applic a ti ons ” .   Hindawi  Publis hing  Corpora t io n,   Int ernati onal   Journal  of   Mi crowave   S ci en c e  and  Techno lo gy ,  Volum e  2014,   2 1  page s,   2014 .   [9]   Jos e  M.  Garc ia - Rubia ,   Ozl em  K il ic,  Vinh  Dang,  Quang  Nguy en ,   and  Nghia  Tran.  “ Anal y sis  of  Moving  Hum an   Micro - Doppler   Signat ure   in  For est  Env ironment s ” .  Progress   In Electromagnetic s R ese arch ,   Vol .   148,   1{14,   2014 .   [10]   Matt hew  Rit ch ie,  Matt hew  As h,   Qingcha o  Chen  and  Kevin  Chet t y .   “ Through  W al l  Rada r  Cla ss ifica t ion  of  Hum a n  Micro - Doppler   Us ing  Singula r V al ue  De compos it ion  Ana l y s is ” .  Sensors   2016,   1 6,   1401 .     [11]   Pree thi   K.  Mane   and  K.  Nara sim ha  Rao.   “ Granul ar  Mobili t y - Fa ctor  Anal y sis  Fra m ework  for  enr ic hing  Occ up an c y   Se nsing  with  Do pple r  Rada r ” .   In te rnational   Jour nal  of  El e ct rica l   and  Computer  Engi ne ering  ( IJE CE) ,   Vol.   8,   No.  2,   pp .   979~988,   April  2018.   [12]   Carmine  Cle m e nte ,   Al essio  Ba ll eri,  Kar l  W oodbridge   and   Jo hn  J  Soragha n.   “ Deve lopments  in  ta rg et   m ic r o - Doppler   signat u re s  anal y s is:  ra dar   imaging ,   ul tra sound  and  t hrough - the - wal l   rad ar ” .  EURASIP  Journal  o n   Adv anc es  in   Sig nal  Proc essing   2 013,   2013:47   [13]   Yinan  Yang,  Jia j in  L ei ,   W enxue   Zha ng  and  Chao   Lu.  “ Ta rge t  Cl a ss ifi ca ti on   and   Pattern  Re cogni t i on  Us ing  Micro - Doppler   Rada r  Sig nat ure s ” .  IE EE   Sevent h  AC IS  Inte rnational   Confe renc e  on   Soft ware  Engi nee ring,  Artifi cial  Inte lligen ce,  Ne t working,   and   Pa ralle l/ Distribu ted Computi ng ,   20 06.   [14]   Carmine  Cle m e nte ,   Al essio  Balleri,  Karl   W oodbridge 3  and  Joh n  J  Soragha n.   “ Deve lopments  i n  ta rge t  m i cro - Doppler   signat u res  anal y s is:  ra dar   imaging ,   ul tra sound  and  t hrough - the - wal l   rad ar ” .  EURASIP  Journal  o n   Adv anc es  in   Sig nal  Proc essing ,   2013:47,   2013 .   [15]   Aw s  Al - Qaisi,   Sale h   A.  Khawa tr eh,   Ahm ad  A.   Shara dqah ,   Zi ad   A.  Alqadi.  “ W ave   File  Fea ture s  Ext ra ct ion   Us ing   Reduc ed  LBP ” .   Inte rnational   Jo urnal  of  El e ct ri c al  and  Compute r  Engi nee ring  ( IJE CE) ,   vol  8 ,   No.  5,   Oc t.,  par t1 ,   2018.   [16]   Hus sein  Ali  Aldel f y ,   Mahm oo d  Ham za   Al - Mufraj i ,   Tha m ir  R.   Saee d .   “ Im prove d  Ke y   Fram e  Ext r ac t ion  Us ing   Discre te   W avele t  Tra nsform   with  Modifie d  Thre shold  Fact or ” .   TEL KOMNIKA   ( Tele communic ati on,   Computin g ,   El e ct ronivs  and   Control) ,   Vol. 16 ,   No.2 ,   pp .   567~ 572,   April   2018.   [17]   Ham ee d  R.   Farh an,   Mahm uod  H .   Al - Muifra je   an d  Tha m ir  R .   Sae ed.   “ A  Novel  F a ce   R ec ogni ti on  Method  base d   o n  One  State  of   Disc rete  Hidden   Markov  Model ” .   IE EE  Annual  Confe ren ce   on   New  Tr ends  i n  Information  &   Comm unic ati ons Tec hnolog y App li cations ,   7   -   9   Marc h  2017   [18]   Ham ee d  R.   Farh an,   Mahm uod  H.  Al - Muifra j e  an d  Tha m ir  R.   Sae ed.   “ Us ing  onl y   Two  Stat es  of  Discre t e  HM M  fo r  High - Speed  Fa ce   R ec ogni ti on ” .   I EE E   Al - Sa deq  Int ernati on al  Confe ren ce  on  Mult id isci pl i nary  in  IT  an d   Comm unic ati on  Sci en ce and  App li cations   ,   IRAQ   (9 - 10)  Ma y ,   20 16   [19]   X  Li u,   H  Le un g,   G  La m propoulos.   “ Eff ec ts  o f  non - uniform  m oti on  in  through - the - wal l  SA R  imaging ” .  IE EE   Tr an s.  Ant ennas Propagation .   57 (11),   3539 – 3548   (2009).   [20]   S  Ram,  C  Chri stia nson,  Y  Kim ,   H  Li ng.   “ Si m ula ti on  and  a naly s is  of  hum an  Micro - Dopple r  in  through - wall  envi ronm ent s ” .  I EE E   Tr ans.  Geo sci.   Re m.S ens .   4 8(4),   2015 – 2023   (2010).   [21]   PH   Chen,   MC  S hastr y ,   CP   La i ,   RM  Nara y an an.   “ A  porta ble   real - ti m e  digi t al   noi se  rad ar  s y st em  for  through - the - wall   imaging ” .   I EE E   Tr ans.  Geo sci.   Re m.   Sens .   P P(99),  1 – 12  (201 2).     [22]   Fangm in  Li ,   Ch ao  Yang,  Yuqin g  Xia,  Xiaolin  Ma,   T ao  Zh ang  and  Zhou   Zhou.  “ An  Adap ti ve  S - Method  to  An aly z e  Micro - Doppler   Signal s for  Hum an  Act ivi t y   Cl assific a ti on ” .  S ensors   2017,   17,   27 69.   [23]   Dus ti n  P.  Fair ch il d,   Ram  M.  Nar a y ana n ,   Eri c   R.   Bec ke l,   W a i  K.   Luk,   and  Ger ard   A.  Ga et a .   “ Cha pte r  5 :  Through - the - W al l  Mi cro - Doppler   Signat u res.   IE T  Ra da r ” ,  Sonar  and  Navigation  Seri es  34,   Radar  Mic ro - Doppler  Signat ur e   Proce ss ing  and  appli cations ,   Ed it ed  b y   Vi ct or  C .   Chen,   Dav id  Tahm oush,  and   W il li am  J.  Mic eli,   Printe d  in  the   U K  b y   CP I  Group ( UK )  Lt d,   Cro y d on,   IE T  2014 .   [24]   R.   W il son.  “ Pr opaga t ion  losses  thr ough  common  buil ding  m at eri a ls:  2. 4  GH z  vs.  5  GH z ” .   Te chnica l  Repor t,  Univer sit y   of   Southern  C al iforn i a,   Augus t   2002.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.