[發(fā)明專利]一種基于Wi-Fi信道狀態(tài)信息的目標(biāo)行為分割方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110076299.9
• 申請(qǐng)日: 2021-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN112765550A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊小龍;唐鑫星;周牧;王勇;謝良波;聶偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/16
• 分類號(hào): G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了一種基于Wi?Fi信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)的目標(biāo)行為分割方法。首先，本發(fā)明利用分段擬合去趨勢(shì)的方法對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行處理，消除該序列的整體趨勢(shì)的同時(shí)，使得有動(dòng)作發(fā)生時(shí)段的數(shù)據(jù)波動(dòng)與無動(dòng)作發(fā)生時(shí)段的數(shù)據(jù)波動(dòng)仍保持著較大的差異；其次，對(duì)去趨勢(shì)后的時(shí)間序列求取滑動(dòng)方差，根據(jù)該滑動(dòng)方差的變化，提出滑動(dòng)窗口方差比較法，從而提取出僅包含動(dòng)作信息的CSI數(shù)據(jù)段。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，相較于已有的行為分割方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)的目標(biāo)行為分割方法能夠更加準(zhǔn)確地從原始CSI數(shù)據(jù)中提取動(dòng)作發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)段。此外，即使原始CSI數(shù)據(jù)中包含多個(gè)不連續(xù)的動(dòng)作，該方法仍能進(jìn)行有效地分割。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理方法，具體涉及在Wi-Fi系統(tǒng)下，一種基于信道狀態(tài)信息的目標(biāo)行為分割方法。

背景技術(shù)

近年來，基于Wi-Fi無線感知技術(shù)的人體活動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由于其具備非入侵性、對(duì)光線不敏感等特點(diǎn)，受到了越來越多的人的青睞。研究者通過監(jiān)測(cè)回波信號(hào)的信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)信息并提取出不同動(dòng)作的信號(hào)特征來實(shí)現(xiàn)行為識(shí)別。因此，在活動(dòng)識(shí)別中，從整個(gè)數(shù)據(jù)流中提取僅包含動(dòng)作發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)段是極為重要的。

對(duì)于CSI數(shù)據(jù)，它能靈敏地反映周圍環(huán)境信息的變化，有活動(dòng)時(shí)CSI地幅值的方差會(huì)遠(yuǎn)大于無活動(dòng)時(shí)的方差?；诖?，一些研究者通過設(shè)定一個(gè)最佳閾值或者自適應(yīng)閾值實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作分割。例如，在TW-see系統(tǒng)中，研究者首先利用CSI幅值在活動(dòng)發(fā)生期間存在較大的波動(dòng)變化的特性，提出了歸一化方差滑動(dòng)窗口算法；然后通過設(shè)定一個(gè)最佳閾值，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的起始和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)。在Wi-Multi系統(tǒng)中，研究者設(shè)計(jì)了一個(gè)兩步算法來檢測(cè)動(dòng)作。第一步將整個(gè)信號(hào)分為若干個(gè)長度相同的子數(shù)據(jù)段；然后計(jì)算每個(gè)子數(shù)據(jù)段的方差并進(jìn)行升序排序；最后計(jì)算所有方差中較大一半的和與較小一半的和的差值，并將該與自適應(yīng)的閾值進(jìn)行比較，若該值較閾值大，則表示該子數(shù)據(jù)段中存在動(dòng)作。第二步，分別計(jì)算CSI幅值自相關(guān)矩陣和相位自相關(guān)矩陣的最大特征值，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)由第一步判定為動(dòng)作數(shù)據(jù)段進(jìn)行二次校驗(yàn)。

除了基于閾值的動(dòng)作分割算法外，研究者將一個(gè)完整的動(dòng)作的波形分為長度相同四種狀態(tài)，分別定義為靜止?fàn)顟B(tài)、開始狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、結(jié)束狀態(tài)。離線階段通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成動(dòng)作狀態(tài)模型，在動(dòng)作分割階段，利用該動(dòng)作狀態(tài)模型判定滑窗數(shù)據(jù)的活動(dòng)狀態(tài)，從而確定單個(gè)活動(dòng)的起始和結(jié)束時(shí)間。

上述方法從某種程度上來講，都能實(shí)現(xiàn)分割，但各種的缺點(diǎn)也無法避免。TW-see系統(tǒng)中，閾值或者其他參數(shù)發(fā)生改變，系統(tǒng)的分割性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。而Wi-Multi系統(tǒng)先將整個(gè)CSI數(shù)據(jù)分成若干個(gè)長度與發(fā)包速率相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)段，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)段進(jìn)行活動(dòng)判定，若數(shù)據(jù)段的長度過長會(huì)使得動(dòng)作的分割準(zhǔn)確度降低?；谏疃葘W(xué)習(xí)的分割方法需要大量的時(shí)間進(jìn)行模型訓(xùn)練，且模型的判定性能會(huì)極大地影響后續(xù)的動(dòng)作分割。另外，若場(chǎng)景發(fā)生改變，這些算法的有效性會(huì)降低。因此，本發(fā)明提出分段擬合去趨勢(shì)和窗口方差比較法來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的分割，提高了行為分割算法的即時(shí)性和有效性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在Wi-Fi系統(tǒng)下，提供一種基于Wi-Fi信道狀態(tài)信息的目標(biāo)行為分割方法，它能夠準(zhǔn)確有效地從原始數(shù)據(jù)中提取出動(dòng)作發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)段。

本發(fā)明所述的一種基于Wi-Fi的目標(biāo)行為分割方法，具體包括以下步驟：

步驟一：對(duì)CSI數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

假設(shè)由接收機(jī)采集到的CSI數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)解析以及通道矯正得到矩陣H,該矩陣經(jīng)預(yù)處理后得到矩陣A

其中，N為接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量，N_tx和N_rx分別為發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量，N_sub為子載波數(shù)量。預(yù)處理的具體流程如下：