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基于Wi-Fi感知的室内穿墙场景下无源人体目标检测与定位技术研究

批准号:
62101085
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨小龙
依托单位:
学科分类:
移动通信
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨小龙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对Wi-Fi感知技术在室内穿墙场景下难以捕获微弱的目标反射信号以及难以估计目标初始位置的问题,本项目拟利用信道状态信息(Channel State Information, CSI)多径可分辨特性,重构和抵消非目标反射路径CSI,实现干扰信号的有效抑制。在此基础上,提取目标反射路径CSI时频相关性特征和不同子载波之间的相关性特征,利用深度学习网络构建分类器,实现对墙后目标的高精度检测。然后,利用统计方法检验目标反射路径CSI在能量及空域上的分布情况,筛选最优路径,从而实现目标初始位置估计。最后,根据目标反射路径的空域及时域参数,构建空间几何约束模型,实现对墙后目标的高精度被动定位。本项目旨在突破现有Wi-Fi感知技术在微弱反射信号获取和目标初始位置估计方面的瓶颈,促进其在目标入侵检测、智能家居以及人机交互等领域的应用,具有重要的科学意义和经济价值。
英文摘要
Aiming at the problem that it is difficult for Wi-Fi sensing to capture subtle signals reflected by a target and estimate its initial position under indoor through-the-wall scenarios, this project intends to utilize the multipath separability feature of channel state information (CSI) to reconstruct and cancel CSI of a non-target reflection path, so as to effectively suppress interference signals. On this basis, time-frequency correlation characteristics of CSI reflected by the target and correlation characteristics between different subcarriers are extracted, and a classifier is constructed by using deep learning networks to realize a high-precision detection for the target behind the wall. Then, a novel hypothesis test method is proposed to test energy and space distributions for target reflection paths and single out an optimal path, so as to realize the initial position estimation for the target. Finally, according to spatial and temporal parameters of the target reflection path, a spatial geometric constraint model is constructed to realize a high-precision passive localization for the target behind the wall. This project aims to break through bottlenecks of the existing Wi-Fi sensing in terms of acquisition of weak reflected signals and estimation of the initial position, and promote its applications in target intrusion detection, smart home, human-computer interaction and so on, which is of great scientific significance and economic value.
随着Wi-Fi感知的发展,基于CSI的无源人体目标检测与定位技术已成为Wi-Fi感知的一个重要分支。CSI凭借其在室内多径信号分辨上的优势,使Wi-Fi感知技术具备更细粒度的感知能力和更高的检测精度,因此特别适用于复杂室内环境下的高精度目标检测与定位。然而,虽然现有的基于Wi-Fi的无源人体目标定位和跟踪技术已被广泛研究,但仍存在诸多问题:1)目标反射信号衰减严重,干扰抑制算法抑制能力有限,使得微弱目标反射信号特征难以提取;2)提取的目标反射信号特征单一,难以实现穿墙情况下的静态或者微动无源人体目标以及目标数量的检测;3)现有Wi-Fi感知系统未能实现穿墙场景下初始位置的获取。本项目围绕上述三个问题展开研究。. 首先,针对目标信号衰减严重及干扰抑制能力不足,难以提取微弱信号特征的问题,本项目利用CSI感知粒度更细的特点,提出对非目标反射路径CSI进行估计、重构和抵消的方法,有效抑制强干扰CSI,为微弱目标反射信号特征的提取奠定基础。其次,为解决信号特征单一而导致难以检测穿墙场景下静态或微动目标的问题,通过深入分析无源人体目标状态与CSI时域、频域及子载波相关性之间的关系,构建多维特征集,实现对目标的精准检测。最后,针对现有Wi-Fi感知系统无法在穿墙场景下获取目标初始位置的问题,在检测基础上采用统计方法,分析目标反射信号在能量及空域的分布,筛选最优路径进行初始位置估计,并基于该路径的空域和时域参数,构建空间几何约束模型,从而实现对目标的被动定位。. 实验结果表明,本项目在穿墙场景下实现了无源人体目标的高精度检测与定位。通过CSI的估计、重构与干扰抑制,显著提升了微弱目标信号的提取能力,目标检测准确率进一步得到提升,同时,所提出的基于混合假设检验算法能够实现目标初始位置的准确估计,并通过几何约束模型有效降低了定位误差中值。研究成果进一步丰富和拓展了Wi-Fi感知技术的内涵与应用范围,具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
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