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一種無監(jiān)督人體檢測與定位的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無監(jiān)督人體檢測與定位方法，發(fā)送機發(fā)送信號，信號經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域，由接收機接收；實時采集信道狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，對滑動時間窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)的子載波振幅求平均值，獲取一個包含所有子載波振幅均值的向量，將其作為信號特征；從滑動窗口中提取檢測信號的信號特征，計算檢測信號特征與靜態(tài)標準信號特征的相關(guān)性，如果每根接收機天線上的相關(guān)性大于設(shè)定的閾值，表示有人體出現(xiàn)在監(jiān)測區(qū)域，對人體位置進行定位，否則繼續(xù)對監(jiān)測區(qū)域進行信號檢測；讀取定位模型參數(shù)文件中的參數(shù)信息，然后計算檢測信號特征在各個可定位位置處的概率，最大概率相關(guān)的位置即為人體最有可能位于的地方。
【專利說明】一種無監(jiān)督人體檢測與定位的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線定位技術(shù)，尤其涉及一種無監(jiān)督人體檢測和定位的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著WLAN技術(shù)的迅速發(fā)展，無線WLAN設(shè)備被大量部署到人們活動頻繁的地方?；?于WLAN的定位系統(tǒng)順勢得到了快速發(fā)展，大量可靠、穩(wěn)定地室內(nèi)無線定位系統(tǒng)涌入市場。 無線WLAN定位系統(tǒng)中包括重要的一支系統(tǒng)：無線被動人體檢測與定位。無線被動人體檢測 與定位是指利用無線技術(shù)來檢測、定位、跟蹤非合作人員在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的活動。非合作人員 被定義為不攜帶定位電子設(shè)備、不主動參與定位數(shù)據(jù)采集活動的人。同樣，非合作人員通常 情況下是不知道被動檢測與定位系統(tǒng)的存在。對比主動定位系統(tǒng)，被動檢測與定位同樣具 有普適性，在安全防衛(wèi)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，如入侵檢測、資產(chǎn)保護、智能看護等。
[0003] 在無線被動人體檢測與定位系統(tǒng)發(fā)展早期，大部分系統(tǒng)都是通過分析信號強度信 息（RSSI)變化來實現(xiàn)對人體檢測和定位。早期的無線被動人體檢測與定位多是利用無線 傳感器設(shè)備實現(xiàn)，通過部署大量地傳感器節(jié)點，提高監(jiān)控區(qū)域的無線信號密度，達到對人體 出現(xiàn)的檢測和定位。隨著WiFi設(shè)備的出現(xiàn)，遠距離、大范圍無線通信成為可能，無線被動人 體檢測與定位系統(tǒng)則利用信號指紋技術(shù)來實現(xiàn)大范圍人體檢測與定位。該類系統(tǒng)包括兩部 分：離線狀態(tài)下，訓(xùn)練采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)不同位置處人體存在時信號指紋信息存入指紋數(shù)據(jù) 庫；在線狀態(tài)下，一旦檢測人體出現(xiàn)，則利用模式匹配或者機器學(xué)習(xí)的方法匹對檢測信號與 指紋信號相似度來估計人體位置。然而在室內(nèi)環(huán)境下，復(fù)雜的信號多徑衰減與時域動態(tài)變 化問題導(dǎo)致RSSI值多變莫測，即使在靜態(tài)環(huán)境下其值的波動也能達到5dB。RSSI的不穩(wěn)定 性限制了被動人體檢測與定位系統(tǒng)精度的提高。
[0004] 當(dāng)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)（0FDM)出現(xiàn)后，多載波信道狀態(tài)信息引起了眾多學(xué)者關(guān)注。 信道狀態(tài)信息（CSI)是一種細粒度的無線信號特征，它包含了不同頻率上信號的振幅與相 位信息，在一定程度上能夠描述室內(nèi)多徑特征。目前在802. lla/g/n標準下，信道狀態(tài)信息 可以從0FDM接收機上獲取。作為一種優(yōu)于RSSI的信號特征，基于CSI的被動人體檢測與 定位已經(jīng)吸引了大量學(xué)者進行研究，并取得了一些成果。與基于RSSI被動人體檢測與定位 系統(tǒng)相似，目前已開發(fā)的基于CSI的被動人體檢測與定位系統(tǒng)或是依賴部署大量接收機與 發(fā)射機或是需要大量地現(xiàn)場指紋采集工作。大量設(shè)備的部署一定程度上限制了系統(tǒng)的應(yīng)用 范圍，比如在家居環(huán)境中通常僅包含少量的，甚至單一通信鏈路。同樣，大量地現(xiàn)場指紋采 集工作無疑增加了系統(tǒng)部署開銷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種無監(jiān)督人體檢測和定位的方法，降低人體檢測與定位的 部署設(shè)備，有效增強人體檢測與定位的應(yīng)用性。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：
[0007] -種無監(jiān)督人體檢測與定位方法，發(fā)送機發(fā)送信號，信號經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域，由接收機 接收，其特征在于：
[0008] 步驟1 :實時采集信道狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，對滑動時間窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)的子載波振幅 求平均值，獲取一個包含所有子載波振幅均值的向量，將其作為信號特征；
[0009] 步驟2 :從滑動窗口中提取檢測信號的信號特征，計算檢測信號特征與靜態(tài)標準 信號特征的相關(guān)性，如果每根接收機天線上的相關(guān)性大于設(shè)定的閾值，表示有人體出現(xiàn)在 監(jiān)測區(qū)域，則進入步驟3,對人體位置進行定位，否則繼續(xù)對監(jiān)測區(qū)域進行信號檢測；
[0010] 步驟3:讀取定位模型參數(shù)文件中的參數(shù)信息，然后計算檢測信號特征在各個可 定位位置處的概率，最大概率相關(guān)的位置即為人體最有可能位于的地方。
[0011] 步驟2中，所說靜態(tài)標準信號特征是監(jiān)控區(qū)域內(nèi)無人存在情況下的信號特征，靜 態(tài)標準信號特征通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)獲得；對于靜態(tài)標準信號特征，所有在滑動時間窗口內(nèi)的數(shù) 據(jù)包中的信號特征的自相關(guān)系數(shù)均小于設(shè)定閾值。
[0012] 步驟2中，檢測信號特征Η與靜態(tài)標準信號特征HnOT的相關(guān)性，計算公式如下：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種無監(jiān)督人體檢測與定位方法，發(fā)送機發(fā)送信號，信號經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域，由接收機接 收，其特征在于 ： 步驟1 :實時采集信道狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，對滑動時間窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)的子載波振幅求平 均值，獲取一個包含所有子載波振幅均值的向量，將其作為信號特征； 步驟2 :從滑動窗口中提取檢測信號的信號特征，計算檢測信號特征與靜態(tài)標準信號 特征的相關(guān)性，如果每根接收機天線上的相關(guān)性大于設(shè)定的閾值，表示有人體出現(xiàn)在監(jiān)測 區(qū)域，則進入步驟3,對人體位置進行定位，否則繼續(xù)對監(jiān)測區(qū)域進行信號檢測； 步驟3:讀取定位模型參數(shù)文件中的參數(shù)信息，然后計算檢測信號特征在各個可定位 位置處的概率，最大概率相關(guān)的位置即為人體最有可能位于的地方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：步驟2中，所說靜 態(tài)標準信號特征是監(jiān)控區(qū)域內(nèi)無人存在情況下的信號特征，靜態(tài)標準信號特征通過系統(tǒng)學(xué) 習(xí)獲得；對于靜態(tài)標準信號特征，所有在滑動時間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)包中的信號特征的自相關(guān) 系數(shù)均小于設(shè)定閾值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：步驟2中，檢測信 號特征Η與靜態(tài)標準信號特征HnOT的相關(guān)性，計算公式如下： C = _ 凡.) οι 根據(jù)權(quán)利要求 3 所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于 ：步驟 3 中， 定位模 型參數(shù)文件中的參數(shù)信息為每個位置、每根接收機天線上檢測信號與靜態(tài)標準信號特征的 歐式距離的均值μ與標準差σ，接收機天線上檢測信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式 距離值滿足高斯分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：步驟3中，計算檢 測信號特征在各個可定位位置處的概率，其計算公式如下： P(H\L) = f\ | J- exp(-)dx k=ii〇^ak Ισι 其中n為接收機天線個數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：步驟3中，定位模 型參數(shù)文件通過如下方法生成， 首先，利用包含人體在可定位位置狀況下的離線數(shù)據(jù)，將各個位置特征數(shù)據(jù)聚類成簇， 所說位置特征數(shù)據(jù)是指所有接收機天線上檢測信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離， 其維度大小與接收機天線個數(shù)相同； 然后，利用位置區(qū)分原則識別各個可定位的位置； 最后，計算各個位置特征數(shù)據(jù)在每個維度上的均值與標準差，將其與位置關(guān)聯(lián)后存入 文件中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：可定位位置包括 靠近視距路徑的位置、視距路徑上靠近接收機的位置、視距路徑上靠近發(fā)射機的位置、視距 路徑中部位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無監(jiān)督人體檢測與定位方法，其特征在于：位置區(qū)分原則為， 當(dāng)人體位于靠近視距路徑時，每根天線的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離較小， 而不同天線間的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離相差較?。划?dāng)人體位于視距路徑 上靠近發(fā)射機一端時，每根天線的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離較大，而不同 天線間的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離相差較?。划?dāng)人體位于視距路徑上靠近 接收機一端時，某根天線的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離較大，且不同天線間 的信號特征與靜態(tài)標準信號特征的歐式距離相差較大；當(dāng)人體位于視距路徑中部時，各個 接收機天線上的信號特征與標準靜態(tài)信號特征的歐式距離相比人體在發(fā)射機附近的要小， 且這些歐式距離之間的差異性相比人體在接收機附近的要小。
【文檔編號】G01S1/02GK104267439SQ201410409808
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】楊武, 宮良一, 王巍, 苘大鵬, 玄世昌, 申國偉 申請人:哈爾濱工程大學(xué)