在以普適計(jì)算為代表的新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中,基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源人體動(dòng)作識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為了一個(gè)非常熱門(mén)的研究課題。然而,現(xiàn)有的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的人體動(dòng)作識(shí)別的研究工作在感知范圍、部署成本和穩(wěn)定性等方面還存在一定的缺陷。商業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站的超密集部署使得LTE無(wú)線信號(hào)基本達(dá)到了廣域覆蓋,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)SpiderMon首次實(shí)現(xiàn)了利用LTE信號(hào)作為感知信號(hào)來(lái)進(jìn)行大范圍、低部署成本和穩(wěn)定的無(wú)源人體動(dòng)作識(shí)別。我們基于通用軟件無(wú)線電外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)SpiderMon系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠通過(guò)被動(dòng)地偵聽(tīng)商業(yè)蜂窩基站發(fā)送的LTE信號(hào)并根據(jù)信道頻率響應(yīng)的微小變化來(lái)捕捉周?chē)娜梭w運(yùn)動(dòng),因此我們無(wú)需部署信號(hào)發(fā)送端。我們提出了一種兩階段的相位偏移估計(jì)方法來(lái)估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移引起的相位偏移,并通過(guò)頻率補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)減小采集到的信號(hào)中的相位噪聲。我們通過(guò)采用多線程編程技術(shù)以及使用因特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫(kù)等多種手段來(lái)加速信號(hào)的處理,通過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn),SpiderMon處理一幀時(shí)長(zhǎng)為1ms的LTE信號(hào)所需的時(shí)間僅為0.39ms。因此,普通工作站通過(guò)運(yùn)行我們實(shí)現(xiàn)的SpiderMon可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)地采集和處理LTE基帶信號(hào)。我們通過(guò)可行性分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于LTE信號(hào)可以測(cè)量出監(jiān)控目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等細(xì)粒度參數(shù)。隨后,我們結(jié)合人體動(dòng)作的頻譜圖分析了人體動(dòng)作在時(shí)域和頻域兩個(gè)維度上的特征,以及不同動(dòng)作之間這些特征的差異性。最后,SpiderMon利用短時(shí)傅里葉變換提取得到人體動(dòng)作的頻譜特征,并利用支持向量機(jī)技術(shù)來(lái)訓(xùn)練人體動(dòng)作分類(lèi)模型,然后使用該分類(lèi)模型進(jìn)行人體動(dòng)作的識(shí)別。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是在基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作識(shí)別領(lǐng)域中,本文首次提出了利用LTE信號(hào)作為感知信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源人體動(dòng)作識(shí)別。我們實(shí)施了大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估SpiderMon進(jìn)行人體動(dòng)作識(shí)別時(shí)所表現(xiàn)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與現(xiàn)有的基于Wi-Fi信號(hào)的動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的感知范圍一般不超過(guò)5m相比,SpiderMon的感知范圍不低于20m。在監(jiān)控目標(biāo)與接收天線相距20m的條件下,系統(tǒng)對(duì)6種人體動(dòng)作的平均識(shí)別率達(dá)到了91.23%。在有墻壁遮擋的情況下,系統(tǒng)對(duì)5m以外的人體動(dòng)作的平均識(shí)別率依舊達(dá)到了89.69%。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN929.5
【部分圖文】：

型人機(jī)交互方式（Ｈｕｍａｎ邋Ｃｏｍｐｕｔｅｒ丨ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ＨＣＩ）ｍ、敏感區(qū)域入侵者檢測(cè)⑶、人逡逑體步態(tài)識(shí)別｜４１、以非接觸式地隔空操控家用電器為代表的智能家居、基于動(dòng)作捕逡逑捉的游戲娛樂(lè)以及面向獨(dú)居老人的健康看護(hù)等。如圖１－１所示，基于動(dòng)作識(shí)別技逡逑術(shù)，用戶可以通過(guò)手勢(shì)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小屏幕的智能手表的非接觸式操控。正因如逡逑此，動(dòng)作識(shí)別吸引了眾多科研工作者的研究興趣，促使他們?cè)谠擃I(lǐng)域的理論基礎(chǔ)逡逑和應(yīng)用深度的探索過(guò)程中做出了許多有益的嘗試ｔ逡逑圖１－１基于動(dòng)作識(shí)別的新型人機(jī)交互方式應(yīng)用場(chǎng)累示例１：１逡逑傳統(tǒng)的動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)？般是基于攝像頭Ｉ５６！、丨丨；？達(dá)ｎ和＂ｊ？穿戴傳感器ｉ＊．９ｉ實(shí)觀逡逑的。然而，基于攝像頭的動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其局限性在于動(dòng)作識(shí)別的準(zhǔn)確率受光照逡逑的影響很大，并且要求攝像頭與用戶之間不存在遮擋物。此外，這種系統(tǒng)還天然逡逑的存在泄露用戶隱私的缺陷；基ｆ低成本的６０ＧＨｚ雷達(dá)的動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的感知逡逑范圍通常只奮兒丨－庳米，而軍用雷達(dá)因造價(jià)及其他Ｗ尜eA然尤法適用于Ｕ常屮活：逡逑基ｒ＂丨穿戴傳感器的動(dòng)作ｉ只別系統(tǒng)山于需要川戶佩戴傳感器，通常丨丨：用戶覺(jué)得偵逡逑用起來(lái)比較麻煩《逡逑無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技水的飛速發(fā)展，促成／互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的＋斷革新。在以普適計(jì)算力逡逑代表的新型互聯(lián)Ｍ技術(shù)屮

放大器和ＧＰＳ標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘來(lái)提高傳輸信號(hào)的質(zhì)量，所以這些參考信號(hào)具有高度穩(wěn)逡逑定的幅值和相位。由于人體能夠反射電磁波，所以人體的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)這種高度穩(wěn)定逡逑的ＣＲＳ產(chǎn)生干擾，如圖１－２所示，當(dāng)周?chē)腥诵凶邥r(shí)，信號(hào)接收端采集到的ＣＲＳ逡逑的信道頻率響應(yīng)（Ｃｈａｎｎｅｌ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，邋ＣＦＲ）將會(huì)發(fā)生明顯變化，圖１－２展逡逑示了邋ＣＦＲ幅度的變化情況。有關(guān)ＣＦＲ的概念將在本文第二章進(jìn)行介紹。正如本逡逑文第二章ＬＴＥ基礎(chǔ)部分所述，現(xiàn)有的商用４Ｇ蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站可以在２００條子載波逡逑上連續(xù)不斷地傳輸ＣＲＳ，因此通過(guò)信號(hào)接收端采集來(lái)自基站的廣播信號(hào)，我們可逡逑以提取出足夠詳細(xì)的數(shù)據(jù)用于分析信號(hào)接收端附近的人體活動(dòng)�？梢�(jiàn)，４Ｇ蜂窩逡逑網(wǎng)絡(luò)在給用戶提供高速的上網(wǎng)體驗(yàn)的同時(shí)，也為基于ＬＴＥ的人體活動(dòng)感知提供逡逑了可能。逡逑基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的核心要素是作為感知媒介的無(wú)線電信號(hào)，而逡逑無(wú)線電信號(hào)的特征對(duì)于系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的影響。前面己經(jīng)提到過(guò)，現(xiàn)有逡逑的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作識(shí)別解決方案所使用的Ｗｉ－ＦＫ超聲波音頻等無(wú)線電信號(hào)逡逑存在無(wú)法滿足遠(yuǎn)距感知識(shí)別的缺陷

逡逑識(shí)別。其應(yīng)用場(chǎng)景如圖１－３所示。我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了邋ＳｐＫｌｅｒＭｏｎ系統(tǒng)，該系統(tǒng)能逡逑夠利用商業(yè)蜂窩基站傳輸?shù)模蹋裕判盘?hào)進(jìn)行人體活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，因此我們無(wú)需部署逡逑信號(hào)發(fā)送端。因?yàn)樾盘?hào)接收端附近的人體運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)接收端附近的多徑發(fā)生逡逑動(dòng)態(tài)變化，從而導(dǎo)致接收端的信號(hào)發(fā)生波動(dòng)。所以同蜘蛛在捕獵時(shí)僅需要感知蛛逡逑網(wǎng)上的微小振動(dòng)類(lèi)似，ＳｐｉｄｅｒＭｏｎ在執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)通過(guò)被動(dòng)地偵聽(tīng)ＬＴＥ信號(hào)，逡逑然后計(jì)算出信道頻率響應(yīng)（ＣＦＲ），就能夠通過(guò)感知信號(hào)接收端采集到的ＬＴＥ信號(hào)逡逑中ＣＦＲ的微小變化來(lái)捕捉周?chē)娜梭w運(yùn)動(dòng)。逡逑在實(shí)現(xiàn)ＳｐｉｄｅｒＭｏｎ的過(guò)程中，為了通過(guò)頻率補(bǔ)償來(lái)減小因信號(hào)收發(fā)端時(shí)鐘不逡逑同步導(dǎo)致的接收端采集到的信號(hào)中的相位噪聲，我們提出了一種兩階段的載波頻逡逑率偏移（ＣＦＯ）和采樣頻率偏移（ＳＦＯ）的估計(jì)方法。為了將目標(biāo)運(yùn)動(dòng)與背景干擾分逡逑離開(kāi)來(lái)，我們使用柵格天線來(lái)限制反射信號(hào)的入射角度。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)的監(jiān)逡逑控

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本文編號(hào)：2827282