基于射频信号的无设备目标定位和人体姿态识别研究

发布时间：2020-08-26 14:52

【摘要】：位置信息如今已成为军事和民用等诸多领域中所必须的基础数据,发挥着越来越重要的作用。与传统定位方式要求定位目标必须携带与定位系统相匹配的定位设备(如GPS接收机、手机等)不同,无设备目标定位(Device-free localization,DFL)无需定位目标携带任何定位装置,也无需定位目标主动参与定位过程,因此DFL在人员搜救、非法入侵检测、特殊情况下的老人照料等传统定位方法无法实现的定位领域可以发挥重要作用。相比于现有的基于摄像头,超宽带雷达,红外和超声波等技术的无设备目标定位,基于无线传感器网络的DFL技术因其成本低、通用性好并能够穿透墙壁、烟雾进行定位等优点,因而成为当前DFL领域的一个研究热点。并且随着DFL技术的发展,这种只需检测目标对电磁场影响而无需目标主动参与的感知方式被应用到定位以外的领域,形成了更广义的无设备感知(Device-free Sensing,DFS)技术研究,其应用涉及姿态识别、呼吸率估计和目标速度测量等诸多领域。在此背景下,本文围绕“无设备目标定位”和“姿态识别”两大问题展开研究,利用测量得到的接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)信息和信道状态信息(Channel State Information,CSI),实现更为准确的无设备目标定位和姿态特征识别,论文主要工作包括以下几个方面:(1)自主搭建了基于CC2530模块的RSS信息测量系统和基于Intel 5300网卡的CSI信息测量系统。其中,RSS信息测量系统能够实现对监测区域目标动态信息的实时采集,同时其具有低复杂度、低成本、低功耗等特点。CSI信息测量系统不仅具备RSS测量系统的功能,而且能够提供更为丰富的时域和频域特征。(2)针对RSS容易受到环境变化和噪声的影响,射频层析成像(Radio Tomographic Imaging,RTI)的结果图上往往不可避免地存在着背景噪点,有时甚至还有伪目标出现在图像上,为了提高RTI成像质量,本文给出一种基于稀疏自编码器的增强型RTI方法,该方法利用稀疏自编码器的学习能力来提取有效受目标影响的链路特征信息,并结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行目标提取,从而达到克服噪声影响和提高定位精度的目的。室内外实验结果表明,该方法的成像质量和定位精度都要优于现有RTI方法。(3)基于循环神经网络(Recurrent Neural Network，RNN)分别给出了用RSS和CSI信息进行人体姿态识别的方法,并利用长短期记忆(Long Short-term Memory,LSTM)技术增强RNN的姿态识别性能。同时,利用四次小波变换对RSS和CSI信息进行进一步特征提取,然后分别利用RNN-LSTM和经典的贝叶斯分类算法结果进行姿态识别,并进行了对比。实验结果表明,该方法的姿态识别效果优于贝叶斯分类算法。最后总结了本论文的研究工作,并对现有工作中的不足进行了归纳,并对不足之处提出了改进意见,以便在今后的研究中进行完善。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP391.44
【图文】：

１逡逑图２．１邋ＺｉｇＢｅｅ模块开发板示意图逡逑本课题所设计的ＷＳＮ所使用的ＺｉｇＢｅｅ硬件模块如图２．１所示，ＺｉｇＢｅｅ模逡逑块由ＴＩ邋ＣＣ２５３０和ＣＣ２５９１功放芯片组成，使用的天线为ＳＭＡ全向天线。逡逑ａｇＢｅｅ模块支持丨ＥＥＥ邋８０２．］５．４标准和ＺｉｇＢｅｅ协议。ＣＣ２５３０拥有以下几种逡逑特性，让其可应用的领域十分广泛：（１）强大的无线前端，其２．４ＧＨｚ的ＩＥＥＥ逡逑８０２．１５．４标准射频收发器拥有出色的接收灵敏度和抗干扰能力，支持运行网状网逡逑络系统，符合世界范围的无线电频率法规；（２）低功耗，其接收模式的工作电流为逡逑２４邋ｍＡ，在ｌｄＢｍ的发射功率下发送模式的工作电流为２９邋ｍＡ，功耗模式１（４邋ｐｓ逡逑唤醒）的工作电流为０．２邋ｍＡ，功耗模式２（睡眠计时器运行）的工作电流为ｌ＾Ａ，逡逑功耗模式３（外部中断）的工作电流为０．４ｐＡ，电源电压范围为２－３．６Ｖ；邋（３）微控逡逑制器采用高性能且低功耗的８０５１微控制器内核

２．２．２邋Ｉｎｔｅｌ邋５３００邋网卡简介逡逑图２．２邋Ｉｎｔｅｌ邋５３００网卡示意图逡逑本实验室所使用的Ｉｎｔｅｌ邋５３００网卡如图２．２所示，其所使用的天线同样是逡逑ＳＭＡ全向天线。Ｉｎｔｅｌ邋５３００网卡搭载全新的网络技术，使单用户性能大幅提升，逡逑降低同频千扰，信号传输范围广，数据传输也更流畅。逡逑Ｉｎｔｅｌ邋５３００网卡支持ＩＥＥＥ邋８０２．１邋ｌｂ／ｇ／ｎ标准协议，工作频率为２．４ＧＨｚ和５ＧＨｚ，逡逑２．４ＧＨｚ最高速率达到３００Ｍｂｐｓ，５ＧＨｚ最高速率达到５００Ｍｂｐｓ。ＣＳ丨的获取只需逡逑要普通的计算机和无线网卡，并安装合适的操作系统、集成工具、显示工具。由逡逑于该网卡需要使用８０２．１邋Ｉｎ邋ＣＳＩ邋Ｔｏｏｌｓ修改内部驱动设置，所以必须在Ｌｉｎｕｘ环境逡逑下进行设置，因此选取了流行的Ｕｂｉｍｔｕ系统。８０２．１邋Ｉｎ邋ＣＳＩ邋Ｔｏｏｌｓ总共提供四种逡逑工作模式

能进入发送模式执行向其他节点发送数据包的操作，否则继续等待接收数据，依逡逑此类推。其中，１号无线节点接收到第２０号节点的ＩＤ时才能再次发送自身的信逡逑息，以此实现有序的组网循环，如图２．３所示。数据采集节点将不同通信链路上逡逑的ＲＳＳ值上传至ＰＣ机终端。逡逑２．３．２逦ＣＳＩ测量系统搭建逡逑另外，本文使用２块丨ｎｔｅｌ邋５３００无线网卡组成单向通信链路。其中一块作为逡逑发送节点，另一块作为接收节点。每个节点都有３根天线，其中发送节点只使用逡逑３号天线发送数据，接收节点３根天线同时接收发送过来的数据。由于每根天线逡逑都是采用ＯＦＤＭ调制ｆ３３］，接收节点的每根天线我们都能采集到３０个子载波的逡逑ＣＳＩ信息。因此，发送节点每发送一个数据包，接收节点就能得到９０个子载波逡逑的ＣＳＩ信息。逡逑７逡逑

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵一y

本文编号：2805317