一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，包括：搭建WiFi发射和接收系统；对WiFi接收机进行改造，改造后的WiFi接收机采集整个船舶驾驶室内的WiFi信号并提取WiFi信号中的多普勒频移分量；根据提取的多普勒频移分量，判断船舶驾驶人员的运动行为。本发明专利技术利用已有的WiFi设备，仅对其中的接收机进行改造，便于多普勒频移分量的提取，保留了WiFi设备的通信功能，系统搭建成本低，且不需要被测人员携带其他设备；此外，相较于现有技术基于WiFi信号中CSI信号的提取进行人员识别的方式，本发明专利技术利用改造后的接收机接收并提取WiFi信号中的多普勒频移分量，对于只有几赫兹的人体运动导致的多普勒频移均能检测，分辨率高，检测精度高。检测精度高。检测精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法


[0001]本专利技术涉及模式识别
，尤其涉及船舶驾驶人员行为识别和感知的方法，具体为一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法。

技术介绍

[0002]船舶航行安全一直以来都是人们关注的热点问题，研究表明许多航行事故的发生都是由于船舶驾驶员没有认真履行驾驶员值班规则，疲劳驾驶、疏忽驾驶所造成的。现有的驾驶员巡逻检测方法具有以下缺点：
[0003]1.现有技术使用RSSI(信号到达强度)只能粗粒度识别是否有人员进入船舶驾驶室内，由于RSSI由发射信号和接收信号的功率变化得出，因此只能反应出信号在传播过程中的衰落程度，而无法对人员的具体行为进行识别和感知，不能识别船舶驾驶室人员的动作行为。
[0004]2.现有技术借助Intel 5300网卡提取WiFi的CSI(信道状态信息)进行船舶驾驶室人员行为感知，而Intel 5300网卡只能提取30个子载波上的CSI值，识别精度较低。
[0005]3.现有的提取多普勒频移进行行为识别通常在FMCW上进行，FMCW并不具备通信功能，并且对带宽要求较高，搭建成本较高。
[0006]4.现有的船舶驾驶人员定位识别系统要求被测人员携带特制设备。
[0007]经检索发现，公开号为CN109474890A的中国专利于2019年3月15日公开了一种基于WiFi多普勒频移的室内目标被动跟踪方法，具体包括：首先，利用WiFi信号子载波的信道状态信息(Channel State Information,CSI)幅值计算出离散系数，然后将其作为检测参数，并利用假设检验实现无源目标的检测；其次，对CSI进行短时傅里叶变换，得到信号的空间谱，从中提取多普勒频移值和对应的功率值，将功率值对应的时间序列作为目标移动方向标志判别特征；然后，根据对数衰减模型设计参考序列，利用动态时间规整(Dynamic Time Warping,DTW)进行序列匹配，识别出无源目标移动趋势；最后，根据多普勒频移与目标移动的几何关系估计出无源目标的移动速度，进而实现目标跟踪。该专利申请利用WiFi设备中的CSI信号进行船舶驾驶室人员行为感知，依据现有的基于CSI信号的识别技术，其识别精度较低。
[0008]公开号CN110958568A的中国专利于2020年4月3日公开了一种基于WiFi的船舶驾驶室人员值班行为识别方法，包括以下步骤：A、部署设备采集整个船舶驾驶室内的CSI信号；B、对采集的CSI信号进行滤波处理；C、对滤波后的CSI信号进行多径去除；D、利用主成分分析对去除多径后的CSI信号进行降维处理；E、提取一个滑动窗口W内连续的CSI信号，分析其时域和频域信息，计算出在该信息下每种行为的统计特征；F、对计算所得的行为统计特征，利用隐马尔可夫模型进行分类判别，识别其状态行为；G、构建异常状态检测器，检测出驾驶室人员值班异常状态行为。该专利申请同样是利用CSI信号进行行为识别，具有识别精度较低的问题。
[0009]因此，有必要提出一种船舶驾驶人员巡逻检测方法，既能精确识别目标人员的动
作，对船舶驾驶人员是否按照规定定期巡逻和瞭望进行检测，又可以节约系统搭建成本，并且无需被测人员携带任何设备。

技术实现思路

[0010]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，该方法能够准确检测船舶驾驶人员的巡逻行为，提升船舶驾驶的安全性和规范性。
[0011]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0012]一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，包括：
[0013]搭建WiFi发射和接收系统；
[0014]对WiFi接收机进行改造，改造后的WiFi接收机采集整个船舶驾驶室内的WiFi信号并提取WiFi信号中的多普勒频移分量；
[0015]根据提取的多普勒频移分量，判断船舶驾驶人员的运动行为。
[0016]上述技术方案中，利用已有的WiFi设备，仅对其中的接收机进行改造，便于多普勒频移分量的提取，保留了WiFi设备的通信功能，系统搭建成本低，且不需要被测人员携带其他设备；此外，相较于现有技术基于WiFi信号中CSI信号的提取进行人员识别的方式，该技术方案利用改造后的接收机接收并提取WiFi信号中的多普勒频移分量，对于只有几赫兹的人体运动导致的多普勒频移均能检测，分辨率高，检测精度高。
[0017]作为进一步的技术方案，对WiFi接收机进行改造进一步包括：使改造后的WiFi接收机对接收到的信号直接进行解码。对接收到的信号不经过信道均衡而直接进行解码，可以保留原始的信号衰落、多径效应及多普勒频移信息，提高检测精度。
[0018]作为进一步的技术方案，该方法进一步包括：
[0019]对接收到的OFDM符号进行FFT变换；
[0020]对FFT变换后的OFDM符号进行直接解码；
[0021]对解码后的OFDM符号进行数据均衡；
[0022]将所有的OFDM符号转化为第一个OFDM符号，进行IFFT变换；
[0023]对连续的多个相同的OFDM符号执行大型FFT变换；
[0024]基于变换结果绘制OFDM符号的时频谱图。
[0025]接收机接收到的信号经过数据包检测、同步和信道估计后，经FFT变化后直接对已调制数据进行解码，保留信号的原始衰落信息、多径效应及多普勒频移信息；解码的信号经数据均衡器均衡、IFFT变换、大型FFT变换后，将宽的子载波转化为窄脉冲，建立时频谱图，从中分辨出由人体运动导致的多普勒频移。
[0026]作为进一步的技术方案，该方法进一步包括：
[0027]当时频谱图为一条直线时，表示船舶驾驶室无人活动；
[0028]当时频谱图显示正向的多普勒频移分量时，表示驾驶人员进入船舶驾驶室；
[0029]当时频谱图显示负向的多普勒频移分量时，表示驾驶人员离开船舶驾驶室。
[0030]该技术方案中，当驾驶室无人活动时，系统不会检测到多普勒频移，时频谱图为一条直线，当有人进入驾驶室、即接近WiFi收发系统时，系统会检测到正向的多普勒频移，时频谱图会显示出现正向的分量，此时认为驾驶室有人进入。同样，当驾驶室人员离开驾驶室
时，即远离WiFi接收机，系统会检测到负向的多普勒频移，并且当驾驶人员离开后，系统不再检测到多普勒频移，此时认为驾驶室人员离开驾驶室。
[0031]进一步地，当时频谱图显示负向的多普勒频移分量，且在该负向的多普勒频移分量显示后，时频谱图不再检测到多普勒频移分量，则表示驾驶人员已离开船舶驾驶室。
[0032]作为进一步的技术方案，该方法进一步包括：
[0033]当驾驶人员进行船舶驾驶室后，时频谱图进行正向分量和负向分量的交替显示，则表示驾驶人员在船舶驾驶室内巡逻走动；
[0034]当驾驶人员进行船舶驾驶室后，时频谱图没有多普勒频移分量的显示，则表示驾驶人员在船舶驾驶室内静止不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，其特征在于，包括：搭建WiFi发射和接收系统；对WiFi接收机进行改造，改造后的WiFi接收机采集整个船舶驾驶室内的WiFi信号并提取WiFi信号中的多普勒频移分量；根据提取的多普勒频移分量，判断船舶驾驶人员的运动行为。2.根据权利要求1所述的基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，其特征在于，对WiFi接收机进行改造进一步包括：使改造后的WiFi接收机对接收到的信号直接进行解码。3.根据权利要求2所述的基于多普勒频移提取的船舶驾驶人员巡逻检测方法，其特征在于，该方法进一步包括：对接收到的OFDM符号进行FFT变换；对FFT变换后的OFDM符号进行直接解码；对解码后的OFDM符号进行数据均衡；将所有的OFDM符号转化为第一个OFDM符号，进行IFFT变换；对连续的多个相同的OFDM符号执行大型FFT变换；基于变换结果绘制OFDM符号的时频谱图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克中，裴大帅，陈默子，李春伸，陈嘉鸣，杨稳，王国宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：