基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法及系统，其包括：获取信道状态信息

【技术实现步骤摘要】
基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种无线电通信及非接触感知
，特别是关于一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法及系统
。

技术介绍

[0002]经过室内人体反射到达接收端的
RF
通讯信号携带了许多和室内人体运动
、
生理状态有关的信息，这些信息可以用来检测人体动作，如手势
、
嘴唇运动
、
呼吸时的胸部位移等
。
[0003]当人体距离设备较远时，此时从人体上反射的信号会变得非常微弱，导致可以反映人体运动的
CSI
变化信息容易被测量噪声所掩盖，因为无法分辨远处的人是否在运动
。
只有当运动引起的信号变化强度和噪声强度的比值，即感知信噪比
(SSNR)
达到最低感知阈值时，此时环境中的运动才能被感知到
。
而当感知目标距离设备较远时，从人体上反射回来并被接收的信号会变得非常微弱，这意味着发生在距离设备较远处的人体活动感知信噪比
(SSNR)
会变得很低，导致感知不到人体的活动或状态
。
尽管最近在
RF
通讯信号感知应用方面取得了较大进展，但是因为噪声的存在，导致远处的感知信噪比较低，所以目前感知范围都局限在较小范围内
。
而较小的感知范围
(
目前最大的感知范围达到
11
米
)
也限制了基于r/>RF
通讯信号的非接触感知技术在现实世界中的应用
。
为了覆盖一个较大的感知区域，可能必须部署大量的
RF
通讯信号设备，这无疑增加了
RF
通讯信号设备的部署成本
。
同时由于非视线
(NLoS)
情况的存在，这会使
RF
通讯信号在室内环境中的传播情况变得更加复杂，增加了使用
RF
通讯信号进行目标人体行为感知的难度
。

技术实现思路

[0004]针对上述因为距离设备较远位置感知信噪比
SSNR
较低导致的感知范围过小的问题，本专利技术的目的是提供一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法及系统，其可以将不同时频空等维度的信号采样合并叠加，从而实现感知信噪比大幅提升，并最终扩大感知范围
。
[0005]为实现上述目的，一方面，本专利技术采取的技术方案为：一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其包括：获取信道状态信息
CSI
，根据所述信道状态信息
CSI
得到
CSI
商信号时间序列；将所述
CSI
商信号时间序列进行合并叠加处理，得到信噪比增强后的
CSI
数据；利用信噪比增强后的所述
CSI
数据进行人体运动检测
。
[0006]进一步，所述获取信道状态信息
CSI
的方法包括：在无线设备接收端采集所述信道状态信息
CSI
，或在无线设备发送端集中采集所述信道状态信息
CSI
；所述无线设备接收端和所述无线设备发送端与被检测者之间具有大距离
。
[0007]进一步，所述根据所述信道状态信息
CSI
得到
CSI
商信号时间序列，包括：对于同一个接收设备的多个天线上采集到的所述信道状态信息
CSI
，每两根天线的所述信道状态信息
CSI
相除，形成含有时间戳的所述
CSI
商信号时间序列；对含有时间戳的非均匀的所述
CSI
商信号时间序列进行插值，形成随时间均匀的
CSI
商信号时间序列
。
[0008]进一步，所述将所述
CSI
商信号时间序列进行合并叠加处理，包括：
[0009]设定提取窗口，选取所述窗口内的所述
CSI
商信号时间序列进行减均值，滤波平滑后，并对振幅归一化；
[0010]将所述
CSI
商信号时间序列旋转一角度，消除不同所述
CSI
商信号时间序列之间的相位差；
[0011]将消除相位差后的所述
CSI
商信号时间序列进行叠加求合，得到信噪比增强后的
CSI
数据
。
[0012]进一步，所述将所述
CSI
商信号时间序列旋转一角度，消除不同所述
CSI
商信号时间序列之间的相位差，包括：
[0013]汇总每对收发设备获取到的若干个所述
CSI
商信号时间序列，以第一个所述
CSI
商信号时间序列为参考，在0‑
360
°
内旋转其余所述
CSI
商信号时间序列，每旋转一个角度则计算第一个所述
CSI
商信号时间序列和其余所述
CSI
商信号时间序列对应时刻采样点在复平面上的距离并相加求和，当该值最小时，记录下该角度；
[0014]将其余所述
CSI
商信号时间序列分别旋转求得的所述角度
。
[0015]进一步，所述利用信噪比增强后的所述
CSI
数据进行人体运动检测，包括：
[0016]对信噪比增强后的所述
CSI
数据进行平滑滤波，得到复平面上往复运动的圆弧状分布的
CSI
商序列；
[0017]对所述
CSI
商序列分别取实部和虚部组成两列向量进行主成分分析，保留第一主成分序列；
[0018]根据所述第一主成分序列计算自相关函数，通过所述自相关函数对人体运动进行检测
。
[0019]进一步，所述通过所述自相关函数对人体运动进行检测，包括：
[0020]取0时刻点以外的第一个峰的大小，如果该第一个峰的值大于预先设置的阈值，则认为环境中存在人体运动，否则环境中不存在
。
[0021]另一方面，本专利技术采取的技术方案为：一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知系统，其包括：信息获取模块，用于获取信道状态信息
CSI
，根据所述信道状态信息
CSI
得到
CSI
商信号时间序列；合并叠加模块，将所述
CSI
商信号时间序列进行合并叠加处理，得到信噪比增强后的
CSI
数据；感知检测模块，利用信噪比增强后的所述
CSI
数据进行人体运动检测
。
[0022]另一方面，本专利技术采取的技术方案为：一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其特征在于，包括：获取信道状态信息
CSI
，根据所述信道状态信息
CSI
得到
CSI
商信号时间序列；将所述
CSI
商信号时间序列进行合并叠加处理，得到信噪比增强后的
CSI
数据；利用信噪比增强后的所述
CSI
数据进行人体运动检测
。2.
如权利要求1所述基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其特征在于，所述获取信道状态信息
CSI
的方法包括：在无线设备接收端采集所述信道状态信息
CSI
，或在无线设备发送端集中采集所述信道状态信息
CSI
；所述无线设备接收端和所述无线设备发送端与被检测者之间具有大距离
。3.
如权利要求1所述基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其特征在于，所述根据所述信道状态信息
CSI
得到
CSI
商信号时间序列，包括：对于同一个接收设备的多个天线上采集到的所述信道状态信息
CSI
，每两根天线的所述信道状态信息
CSI
相除，形成含有时间戳的所述
CSI
商信号时间序列；对含有时间戳的非均匀的所述
CSI
商信号时间序列进行插值，形成随时间均匀的
CSI
商信号时间序列
。4.
如权利要求1所述基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其特征在于，所述将所述
CSI
商信号时间序列进行合并叠加处理，包括：设定提取窗口，选取所述窗口内的所述
CSI
商信号时间序列进行减均值，滤波平滑后，并对振幅归一化；将所述
CSI
商信号时间序列旋转一角度，消除不同所述
CSI
商信号时间序列之间的相位差；将消除相位差后的所述
CSI
商信号时间序列进行叠加求合，得到信噪比增强后的
CSI
数据
。5.
如权利要求4所述基于信号分集与合并的远距离人体运动感知方法，其特征在于，所述将所述
CSI
商信号时间序列旋转一角度，消除不同所述
CSI
商信号时间序列之间的相位差，包括：汇总每对收发设备获取到的若干个所述
CSI<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大庆，李洋，吴丹，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：