一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；步骤b，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；步骤c，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹。该追踪方法，能以低成本和简单系统实现毫米级高精度的轨迹追踪。

A High Precision Real-time Handwritten Trajectory Tracking Method Based on Passive Reflection Signal

【技术实现步骤摘要】
一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法
本专利技术涉及无线感知的轨迹追踪领域，尤其涉及一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法。
技术介绍
基于视频的方法，如Kinect和LeapMotiont的方案常常需要专用设备，而且容易受关系那条件和室内布局影响。电子黑板或其他类似技术通常非常昂贵并且维护开销大。基于惯性传感器的系统虽然开销低容易部署，但是误差很大，例如它在6s内的累积误差可能高达60cm，在精确追踪定位上显然是不可用的。最近，也有一些基于声音的系统被人们提出，例如Vernier的方案能达到毫米级别的轨迹追踪精度，但不幸的是，利用声音信号会存在很多实际问题，例如：低频的声音信号容易收到环境噪声的干扰，在实际应用场景无法达到高精度，高频的超声波信号具有较强的方向性，并且可能对动物有害(狗的听力范围是15～50000Hz，猫的听力范围是60～65000Hz)。随着越来越多的无线设备部署在家庭和工作环境，一个最近的趋势是用射频(RadioFrequency)信号来做移动轨迹的追踪。基于RFID的系统，如Tagoram、Tadar、RF-finger等提出的方案通常受采样率的限制而不能高精度地追踪高速运动的物体。即使使用了tag阵列，误差也在厘米的量级。同时，已有的基于WiFi的轨迹追踪系统通常需要多个天线，并且误差在分米量级，例如：WiDraw的方案用了25天线的Angle-of-Arrival(AOA)技术来实现一个5cm误差的追踪系统，而WiTag的方案虽然仅仅用到了2个AP但是误差可能超过1m。其他的基于射频信号的系统如利用60GHz无线技术，遇到快速的信号衰减，高开销和硬件平台的限制性等问题。WiTrack提出的方案利用了一个专用的FMCW(Frequency-ModulatedContinuous-Wave)1.79GHz带宽雷达来追踪墙后的人体运动，但是误差也高达20cm。因此，目前的手写轨迹追踪方案或存在需要专用设备使得系统复杂或存在误差较大的问题。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，能以较低成本，实现个快速且精确的手写轨迹追踪。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；步骤b，在该第一部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于两个信号的接收端的连线上，在两个接收端接收到无源反向散射标签所反射的发送端的反射信号后，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；步骤c，在该第二部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于三个信号的接收端的连线区域内的任意位置，在三个信号接收设备接收到无源反射标签的反射信号后，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其有益效果为：该追踪方法，利用了无线反射的工作模式，去除了通信协议的束缚和通信开销，能有效提升采样率，实现毫米级高精度的轨迹追踪；并且，不需要任何学习和训练过程；且支持追踪高速运动的物体，支持任意轨迹的追踪；若能更广泛的部署，可有效拓展在物联网中的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的轨迹追踪方法的应用场景示意图；图3为本专利技术实施例提供的轨迹追踪方法的应用场景示意图；图4为本专利技术实施例提供的轨迹追踪方法的应用场景示意图。具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；步骤b，在该第一部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于两个信号的接收端的连线上，在两个接收端接收到无源反向散射标签所反射的发送端的反射信号后，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；步骤c，在该第二部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于三个信号的接收端的连线区域内的任意位置，在三个信号接收设备接收到无源反射标签的反射信号后，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹。上述方法的步骤b中，第一追踪模型(可称为PDI-C模型，利用发送端位置受限的相位差分迭代模型(PDI-C)进行标签位置推算方法)的处理方式包括：将发送端在空中发射的单音正弦信号用A0sin(ω0t+θ0)表示，它的相位为建立平面直角坐标系，其中，用A、B和0分别表示第一接收端的位置、第二接收端的位置和发送端的位置；设定发送端的位置0为坐标原点，A和B的坐标为(-R，0)和(R，0)，R表示发送端到其中一个接收端的直线距离；在所述平面直角坐标系中，用Pt(xt，yt)和Pt+1(xt+1，yt+1)来分别表示无源反射标签在两个相邻时刻t和t+1的位置；用dA、dB和dO分别表示Pt与点A、B、O之间的距离，d′A、d′B和d′O分别表示Pt+1与点A、B、O之间的距离；用分别表示无源反向散射标签从Pt移动到Pt+1时向A、B、O移动的距离；根据上述参数列出如下等式：令∠Pt+1AO为α，在ΔPt+1AO中用余弦定理计算得到：在ΔPtAB和ΔPt+1AB中，用中值定理计算得到：联立上述等式(2)、(3)，得到下述(4)式：由第i个接收端Rxi获取到的相位值公式得到第一接收端的接收信号相位为：展开上述式(5)的相位消除2π弧度周期的影响，其中，Δt表示相邻两个采样点的时间间隔，通过同步所有接收端来消除角频率的差异，即ω1＝ω2＝ω′；将上述等式(5)中的上下两个式子相减做相位差分，得到差分处理后消除设备差异项θc；按上述同样步骤计算得出其他接收端的接收信号相位；如果指定并且结合上述等式(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其特征在于，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；步骤b，在该第一部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于两个信号的接收端的连线上，在两个接收端接收到无源反向散射标签所反射的发送端的反射信号后，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；步骤c，在该第二部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于三个信号的接收端的连线区域内的任意位置，在三个信号接收设备接收到无源反射标签的反射信号后，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其特征在于，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；步骤b，在该第一部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于两个信号的接收端的连线上，在两个接收端接收到无源反向散射标签所反射的发送端的反射信号后，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；步骤c，在该第二部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于三个信号的接收端的连线区域内的任意位置，在三个信号接收设备接收到无源反射标签的反射信号后，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹。2.根据权利要求1所述的基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其特征在于，所述方法的步骤b中，第一追踪模型的处理方式包括：将发送端在空中发射的单音正弦信号用A0sin(ω0t+θ0)表示，它的相位为建立平面直角坐标系，其中，用A、B和O分别表示第一接收端的位置、第二接收端的位置和发送端的位置；设定发送端的位置O为坐标原点，A和B的坐标为(-R,0)和(R,0),R表示发送端到其中一个接收端的直线距离；在所述平面直角坐标系中，用Pt(xt，yt)和Pt+1(xt+1，yt+1)来分别表示无源反射标签在两个相邻时刻t和t+1的位置；用dA、dB和dO分别表示Pt与点A、B、O之间的距离，d′A、d′B和d′O分别表示Pt+1与点A、B、O之间的距离；用分别表示无源反向散射标签从Pt移动到Pt+1时向A、B、O移动的距离；根据上述参数列出如下等式：令∠Pt+1AO为α，在ΔPt+1AO中用余弦定理计算得到：在ΔPtAB和ΔPt+1AB中，用中值定理计算得到：联立上述等式(2)、(3)，得到下述(4)式：由第i个接收端Rxi获取到的相位值公式得到第一接收端的接收信号相位为：展开上述式(5)的相位消除2π弧度周期的影响，其中，Δt表示相邻两个采样点的时间间隔，通过同步所有接收端来消除角频率的差异，即ω1＝ω2＝ω′；将上述等式(5)中的上下两个式子相减做相位差分，得到差分处理后消除设备差异项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向阳，肖宁，杨盘隆，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34