利用无线调制信号对室内物体形状捕捉的研究和实现
发布时间：2021-06-28 10:34
利用无线信号对室内物体形状捕捉已经成为了物联网领域研究的热点、难点。捕获目标形状对应用于虚拟现实、增强现实和监控等方面具有较高的价值。传统的解决方案通常是围绕目标站点部署摄像机以获取目标形状。该类技术通常会受到光线、角度或环境因素的限制。而射频（RF）技术因其普遍性而受到普遍关注。但是大部分目前使用的射频技术对目标成像分为两类,需要目标佩戴设备或者利用机器学习来识别目标。这些解决方案依赖于携带设备或适当的训练,并且训练成本随环境或目标的改变而变化。本文介绍了一种新的基于RF的系统,它能够在没有训练的情况下一次性捕获完整的目标形状。利用射频信号对物体形状进行捕获需要克服以下几个困难,首先现有商用RF信号不满足于成像的要求,因此本文调制了调频连续波作为无线射频信号用于实验。其次为了克服机器学习方法严重依赖训练的问题,本文利用多普勒频移的方法实现物体形状捕捉避免了需要预先训练的方式。最后本文使用单根有向天线实现一次性捕获完整图片,不需要对图像进行拼接。本文设计的RF-Eye系统部署在USRP设备上,该系统实现了使用射频信号并对室内观测物体形状进行捕获。我们对每个不同形状的物体都进行了十组实验...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线性调频信号随着无线通讯技术的发展，扩展信号在无线通信领域得到了广泛的应用
（2同样的方式用接收到的信号乘以 就可以的到 Q 路信号。4 基本成像单元基于上述调制信号，本文系统传输的波是一个窄脉冲。观测物体上某一个确定反射或散射的窄脉冲信号，本文把这个点看作目标反射点，如果目标物体在被捕程中伴随着一个小角度的旋转，则会产生一个微多普勒频移。因此对于接收源接个反射的窄脉冲信号，本系统通过计算得到目标形状的一个点。相应的对于很多冲信号，可以得到整个目标物体的形状。0 0 0/2/220 0 0/2[ ( )cos( ) ( )sin( )] cos( )2( )cos ( ) ( )sin( )cos( )2 ( )2( )TTTI t t Q t t t dtTI t t Q t t t dtTI tTTI tω ω ωω ω ω = = =∫∫0sin(2 πf t)
本章将详细介绍本文所提出的室内物体形状捕捉的方法：利用调制的压缩信号对目标物体进行捕获，对接收到目标物体的反射信号进行采样解调，利用信号多普勒频移实现对物体进行成像。3.1 物体形状捕获的基本思想在一个室内环境中，使用普通的无线信号对观测物体形状进行捕获，由于目标物射的信号易受多径效应的影响，就会导致接收的信号所包含的有效距离单元不准确此最终计算得到的图形会发生模糊。例如，经典的 Radar 系统[13]不满足在室内应用求以及 WiFi 系统[17]发射信号的属性不满足成像的基本要求。为了提高基于自调制线信号捕捉物体形状系统的准确性、稳定性，通过调研与实验测试，我们发现需要符合要求的发射信号；采用合适的信号调制方式；采样接收反射信号并对信号进行；对处理后的数据使用成像算法，例如，发射信号的带宽、频率、成像方法等信息帮助提高系统的成像精度。接下来将详细介绍该方法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW和USRP的高频信号发生与测量系统设计[J]. 赵巾翔,孙传伟. 电子世界. 2017(13)
[2]基于GNU Radio和USRP平台的时频分析研究[J]. 陈轩,宋鹏,王竹刚,王乐,胡婉如. 测控技术. 2017(04)
[3]多带Chirp发射机在USRP2上的实现[J]. 黄世盼. 无线电工程. 2016(10)
[4]基于LabVIEW和USRP的软件无线电通信实验平台设计[J]. 邢鑫,赵慧. 实验技术与管理. 2016(05)
[5]基于GNU Radio和USRP X310的多带Chirp信号检测[J]. 蒋相. 电子科学技术. 2016(03)
[6]一种基于WiFi信号的运动目标无源雷达成像方法[J]. 庄旭昇,汪玲,高瑾,池冰清. 雷达学报. 2014(06)
[7]多普勒效应[J]. 胡鸿杰. 档案学通讯. 2014(03)
[8]雷达目标微多普勒效应研究概述[J]. 张群,罗迎,何劲. 空军工程大学学报(自然科学版). 2011(02)
[9]线性调频信号数字脉冲压缩技术分析[J]. 郑力文,孙晓乐. 现代电子技术. 2011(01)
[10]多径效应对信号接收及方向测量的影响[J]. 毛虎,杨建波,邱宏坤. 电讯技术. 2010(10)
硕士论文
[1]毫米波多通道T/R组件设计与实现[D]. 张建军.电子科技大学 2014
[2]线性调频信号调制解调性能的研究[D]. 林英.哈尔滨工业大学 2013
[3]GNU Radio+USRP平台的研究及多种调制方式的实现[D]. 任熠.北京交通大学 2012
本文编号：3254162
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线性调频信号随着无线通讯技术的发展，扩展信号在无线通信领域得到了广泛的应用
（2同样的方式用接收到的信号乘以 就可以的到 Q 路信号。4 基本成像单元基于上述调制信号，本文系统传输的波是一个窄脉冲。观测物体上某一个确定反射或散射的窄脉冲信号，本文把这个点看作目标反射点，如果目标物体在被捕程中伴随着一个小角度的旋转，则会产生一个微多普勒频移。因此对于接收源接个反射的窄脉冲信号，本系统通过计算得到目标形状的一个点。相应的对于很多冲信号，可以得到整个目标物体的形状。0 0 0/2/220 0 0/2[ ( )cos( ) ( )sin( )] cos( )2( )cos ( ) ( )sin( )cos( )2 ( )2( )TTTI t t Q t t t dtTI t t Q t t t dtTI tTTI tω ω ωω ω ω = = =∫∫0sin(2 πf t)
本章将详细介绍本文所提出的室内物体形状捕捉的方法：利用调制的压缩信号对目标物体进行捕获，对接收到目标物体的反射信号进行采样解调，利用信号多普勒频移实现对物体进行成像。3.1 物体形状捕获的基本思想在一个室内环境中，使用普通的无线信号对观测物体形状进行捕获，由于目标物射的信号易受多径效应的影响，就会导致接收的信号所包含的有效距离单元不准确此最终计算得到的图形会发生模糊。例如，经典的 Radar 系统[13]不满足在室内应用求以及 WiFi 系统[17]发射信号的属性不满足成像的基本要求。为了提高基于自调制线信号捕捉物体形状系统的准确性、稳定性，通过调研与实验测试，我们发现需要符合要求的发射信号；采用合适的信号调制方式；采样接收反射信号并对信号进行；对处理后的数据使用成像算法，例如，发射信号的带宽、频率、成像方法等信息帮助提高系统的成像精度。接下来将详细介绍该方法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW和USRP的高频信号发生与测量系统设计[J]. 赵巾翔,孙传伟. 电子世界. 2017(13)
[2]基于GNU Radio和USRP平台的时频分析研究[J]. 陈轩,宋鹏,王竹刚,王乐,胡婉如. 测控技术. 2017(04)
[3]多带Chirp发射机在USRP2上的实现[J]. 黄世盼. 无线电工程. 2016(10)
[4]基于LabVIEW和USRP的软件无线电通信实验平台设计[J]. 邢鑫,赵慧. 实验技术与管理. 2016(05)
[5]基于GNU Radio和USRP X310的多带Chirp信号检测[J]. 蒋相. 电子科学技术. 2016(03)
[6]一种基于WiFi信号的运动目标无源雷达成像方法[J]. 庄旭昇,汪玲,高瑾,池冰清. 雷达学报. 2014(06)
[7]多普勒效应[J]. 胡鸿杰. 档案学通讯. 2014(03)
[8]雷达目标微多普勒效应研究概述[J]. 张群,罗迎,何劲. 空军工程大学学报(自然科学版). 2011(02)
[9]线性调频信号数字脉冲压缩技术分析[J]. 郑力文,孙晓乐. 现代电子技术. 2011(01)
[10]多径效应对信号接收及方向测量的影响[J]. 毛虎,杨建波,邱宏坤. 电讯技术. 2010(10)
硕士论文
[1]毫米波多通道T/R组件设计与实现[D]. 张建军.电子科技大学 2014
[2]线性调频信号调制解调性能的研究[D]. 林英.哈尔滨工业大学 2013
[3]GNU Radio+USRP平台的研究及多种调制方式的实现[D]. 任熠.北京交通大学 2012
本文编号：3254162
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