[發(fā)明專利]一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811366492.0
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109711251B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王聰;張蕾;王志銳
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F18/10
• 分類號: G06F18/10;G06F18/25;H04B17/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

受試者在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)重復(fù)行走指定的距離，通過兩對相互垂直的商用Wi-Fi設(shè)備采集受試者的CSI信號；從CSI信號中測得穿過菲涅爾區(qū)的個數(shù)和振幅信號的相位時延獲得運(yùn)動方向角度；

利用PCA降維后的數(shù)據(jù)，根據(jù)步行與靜止?fàn)顟B(tài)下CSI信號PSD分布的不同狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動檢測，推導(dǎo)出受試者行走的方向；

對降維后的前10個主成分?jǐn)?shù)據(jù)分別執(zhí)行STFT，將時域信號轉(zhuǎn)化到時頻域上，獲取10個橫軸為時間、縱軸為頻率的光譜圖，將光譜圖采用二維的高斯低通濾波器進(jìn)行去噪；

根據(jù)推導(dǎo)的方向，將光譜圖映射到反映人真實(shí)運(yùn)動的方向上，并進(jìn)行誤差矯正及融合，得到光譜圖；

從光譜圖中提取手動特征，并從Gabor濾波器中獲取自動特征；將兩種特征輸入到帶有徑向基函數(shù)的支持向量機(jī)中，實(shí)現(xiàn)步態(tài)識別。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述通過商用Wi-Fi設(shè)備采集受試者的CSI信號具體為：

1)一個商用Wi-Fi設(shè)備作為發(fā)射端，另外兩個商用Wi-Fi設(shè)備作為接收端，形成兩對鏈路；

2)檢測開始時，受試者首先處于直立狀態(tài)，站在坐標(biāo)系(1m，1m)的位置；

3)運(yùn)動開始后，受試者沿X軸和Y軸夾角的0°～90°之間的任何方向，沿直線行走5m；

4)受試者重復(fù)步驟2)和3)若干次，用來收集訓(xùn)練集數(shù)據(jù)；

5)多人依次重復(fù)步驟2)—4)，直到所有人的步態(tài)數(shù)據(jù)被收集完畢。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述兩對鏈路垂直擺放，形成一個直角坐標(biāo)系，發(fā)射端位于坐標(biāo)原點(diǎn)，兩個接收端分別位于X軸和Y軸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述根據(jù)步行與靜止?fàn)顟B(tài)下CSI信號PSD分布的不同狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動檢測具體為：

采用滑動窗口對CSI時間序列進(jìn)行分割處理，計算每個時間窗口內(nèi)CSI數(shù)據(jù)的PSD分布：計算PSD分布的峰度值；利用指數(shù)移動平均算法更新PSD的峰度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述利用指數(shù)移動平均算法更新PSD的峰度具體為：

某一時刻的峰度大于等于當(dāng)前時刻下3倍的I(t)時，視為運(yùn)動開始；兩個接收端中有一個能夠檢測到運(yùn)動時，停止更新I(t)，I(t)為PSD的峰度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述將光譜圖映射到反映人真實(shí)運(yùn)動的方向上具體為：

獲取兩個已映射到運(yùn)動方向上的頻率向量；兩個光譜圖每一行所對應(yīng)的頻率變成了兩個頻率向量中的元素，采用插值法對兩個光譜圖所有列進(jìn)行插值，使其縱軸所對應(yīng)的頻率向量保持相同，得到兩個轉(zhuǎn)換到運(yùn)動方向上的光譜圖。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于商用Wi-Fi的方向獨(dú)立的步態(tài)識別方法，其特征在于，所述誤差矯正具體為：

分別從轉(zhuǎn)換后的光譜圖中取同一時刻的兩列向量，每列向量表示反射信號于該時刻在不同頻率上的強(qiáng)弱程度；分別找到兩列向量最大能量處所對應(yīng)的頻率值，并取兩者的差值；

對兩個光譜圖的所有列執(zhí)行相同的操作，求出所有列的差值，并取差值的平均值的一半；最高能量所在位置較高的光譜圖整體向下平移二分之一的平均值單位；較低的光譜圖整體向上平移二分之一的平均值單位，同時，兩個光譜圖矩陣空出來的部分采用插值處理，溢出的部分省略，得到了兩個校正后的光譜圖。