一種室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置的製作方法
2023-05-13 19:52:51
專利名稱：一種室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動檢測技術領域，尤其涉及ー種室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置。
背景技術：
移動檢測是ー個基本的檢測是否存在任何實體在感興趣區域移動的過程，其重要性體現在越來越多的線/移動計算應用程式需要進行這項檢測。例如，醫院可以監控病人的狀態，並在患者疾病發作時及時發出ー個健康護理報警；企業和住宅小區可利用該技術監控異常入侵以加強安全防範措施等。儘管目前存在多種移動檢測系統，大多數具有一定 的局限性，例如需要特殊硬體支持，如加速傳感器、雷達傳感器或者光電傳感器，這樣大規模的部署極大耗費資源，甚至這些硬體在某些情況下無法發揮作用。最近，便於安裝和開放接入的無線區域網(Wireless Local Area Networks,WLAN)的普及為研究開發無源被動式(Device-free passive，DFP)移動檢測系統提供ー個良好機會。無線接收信號強度(Received Signal Strength, RSS)已廣泛應用於無線區域網中無源被動式移動檢測技術中，無線接收信號強度是對接收信號能量的ー個粗略測量，已有的基於無線接收信號強度的無源被動式移動檢測系統的基本思想是利用現有的無線接入點(Wireless Access Point, AP)在收到ー個數據包時,收集和處理無線信號接收強度，並利用其受環境異常影響所發生變化的特性來表示移動行為。現有技術中，利用無線信號接收強度進行移動監測存在兩個主要問題第一，無線接收信號強度受窄帶幹擾的問題尤其嚴重。在2. 4GHz的範圍內，存在著各種通信設備如無繩電話、藍牙和ZigBee等，這種普遍的窄帶設備會造成測量RSS的嚴重幹擾，因此，移動檢測系統將無法區分動態窄帶幹擾，並以高概率地發出假警報。第二，被公認的，無線信號強度自身測量具有不穩定性，其結果是，速度相對較慢的移動很容易被固有誤差所隱藏，從而導致漏檢。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，本發明提供了ー種室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置，可降低定位成本並提高警報精度及檢測精度。為了解決上述問題，本發明提出了ー種室內無源被動式移動檢測方法，所述方法包括獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息；根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值；對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果；對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。優選地，根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值的步驟包括設置長度為n的滑動窗ロ ；收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣；
計算特徵矩陣中每兩列的相關係數；根據係數獲取特徵值。優選地，對特徵值進行分類，獲取突發行為對應的檢測結果的步驟包括將特徵值轉化為特徵值圖案；對特徵值圖案進行分類；根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。
優選地，採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。優選地，對檢測結果進行漏檢檢查包括採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。本發明實施例還提供ー種室內無源被動式移動檢測裝置，所述裝置包括獲取模塊，用於獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息；提取模塊，用於根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值；分類模塊，用於對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果；修正模塊，用於對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。優選地，提取模塊包括設置單兀，用於設置長度為n的滑動窗ロ；收集單元，用於收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣；計算單元，用於計算特徵矩陣中每兩列的相關係數；特徵值獲取單元，用於根據係數獲取特徵值。 優選地，分類模塊包括轉化單元，用於將特徵值轉化為特徵值圖案；分類單元，用於對特徵值圖案進行分類；檢測結果獲得単元，用於根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。優選地，分類單元還用於採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。優選地，修正模塊還用於採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。實施本發明實施例，無需增加任何額外硬體設備，可降低定位成本；主要通過獲取並處理各子載波的信道狀態信息，利用其抗窄帶幹擾性和時域穩定性，以優化無線區域網的室內無源被動式移動檢測問題，提高警報精度，能夠有效降低移動行為發生時室內環境多徑的影響，提高檢測精度。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本發明實施例的室內無源被動式移動檢測方法的流程示意圖；圖2是本發明實施例的室內無源被動式移動檢測方法具體實施的過程示意圖3是本發明實施例的基於物理層的無線網絡室內無源被動式移動檢測過程示意圖；圖4是本發明實施例的室內無源被動式移動檢測裝置的結構組成示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例中的信道狀態信息(Channel Statement Information,CSI)表示通信鏈路信道特性，確切地說，CSI描述和反映了射頻信號從發射源到接收端的傳播狀態，如 散射、反射和衰減等。子載波上的信道狀態信息能反映出各個不同頻率的信號強度的大小。不同於傳統的從ー個包中獲取各頻率信號強度的平均值，利用CSI能得到更為精細的信號強度指示。在本發明實施例中，主要通過獲取並處理各子載波的信道狀態信息，利用其抗窄帶幹擾性和時域穩定性，以優化無線區域網的室內無源被動式移動檢測問題，提高警報精度，能夠有效移動行為發生時室內環境多徑的影響，提高檢測精度並降低成本。圖1是本發明實施例的室內無源被動式移動檢測方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括S101，獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息；S102，根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值；S103，對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果；S104，對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。其中，S102進ー步包括設置長度為n的滑動窗ロ ；收集對應信道狀態信息並存於n X n特徵矩陣；計算特徵矩陣中每兩列的相關係數；根據係數獲取特徵值。S103進ー步包括將特徵值轉化為特徵值圖案；對特徵值圖案進行分類；根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。具體實施中，採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。在S104中，對檢測結果進行漏檢檢查包括採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。實施本發明實施例的室內無源被動式移動檢測方法，無需增加任何額外硬體設備，可降低定位成本；主要通過獲取並處理各子載波的信道狀態信息，利用其抗窄帶幹擾性和時域穩定性，以優化無線區域網的室內無源被動式移動檢測問題，提高警報精度，能夠有效降低移動行為發生時室內環境多徑的影響，提高檢測精度。
圖2是本發明實施例的室內無源被動式移動檢測方法具體實施的過程示意圖，如圖2所示，該過程由三個階段組成第一階段收集並處理信道狀態信息，第二階段根據基於密度的分類算法對特徵值進行分類進行突發監測，第三階段應用窗ロ過濾和數據融合提高監測準確性。系統具體實現如下第一階段，利用無線接入點作為發送端，傳輸無線射頻信號給配備iwl5300網卡的監測節點，通過在Linux平臺修改網卡驅動，在監測節點並測量無線射頻信道狀態信息，同時利用其抗窄帶幹擾性和穩定性提取滑動窗ロ內不同數據包的特徵值。第二階段，利用基於密度的分類算法，對單條無線信道的特徵值進行分類，從而得到對移動行為對應的檢測結果。
第三階段，通過簡單的窗ロ過濾技術進行誤判的修正，同時利用數據融合技術將多條無線信道的結果進行融合從而減少漏判率。由於此系統構建於廣泛應用的無線網基礎設施，系統不會引入額外的硬體開銷，提供了低成本的優良特性。在本發明實施中，在室內環境窄帶幹擾普遍存在的情況下，在無線區域網的鏈路信道提取精確的信道狀態信息，利用其抗幹擾性和穩定性標識因移動行為發生帶來的環境變化，收集監測節點的信道狀態信息搭建靜態環境下的無線電波地圖，設計突發變化監測算法，並利用數據融合技術進ー步提高定位精度。下面結合圖3對本發明實施例的方法進行進ー步說明。接收方配備ー塊商用無線網卡，能同時獲取多個子載波的信道狀態信息，並對其進行特徵提取，並以不同特徵值代表不同環境例如靜態和動態下的信號模式；設計算法對單條無線信道的特徵值監測突發行為的發生，最終使用一個簡單的窗ロ過濾器和數據融合技術以減少誤報率。在正交頻分復用技術(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)系統數據包的傳輸過程中，信號經過解調會直接輸出到解碼器中進行下一歩處理。而在本發明中，通過修改系統內核，利用低成本的商用無線網卡獲取解調後的各個子載波的信道狀態信息，從而計算對應的信道狀態信息。利用環境發生突變時信道狀態信息相應發生變化，我們首先對單條信道提取相應特徵值。具體過程為設置長度為n的滑動那窗ロ，收集對應信道狀態信息貯存於nXn矩陣，並計算每兩列的相關係數；收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣；通過計算指定窗ロ長度的特徵值，進ー步計算特徵矩陣任意兩列的相關係數，發現當特徵值相關係數趨近I時，表示靜態環境，反之表示動態環境。進ー步建立靜態環境下的無線電波地圖及突發監測算法，擬定無線電波地圖的搭建過程離線完成，預期時間會限制在ー個可接受的時間片。突發監測算法主要是將移動檢測轉化為圖案識別，利用在移動行為造成的異常環境變化下特徵值圖案與靜態環境下的特徵值圖案的不同，採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類，可以對不同環境下的特徵值圖案進行準確分類。另外，可利用誤判過濾和數據融合技術進ー步提高突發監測的準確性。例如，ー個動作實例通常持續很短的時期，可以通過設定ー個特定的滑動窗ロ，監測信道狀態信息的圖案變化。切換至相鄰窗ロ(左窗口和右窗ロ)並計算相應特徵值。如果在窗口中的特徵值與相鄰窗ロ分離，那麼產生「突發」的實例可以被判定為錯誤的檢測並過濾棹。而對於漏檢，可採用數據融合技術將多條信道的監測結果進行融合。另外，本發明實施例還提供ー種室內無源被動式移動檢測裝置，如圖4所示，該裝置包括獲取模塊40，用於獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息；提取模塊41，用於根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值；·
分類模塊42，用於對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果；修正模塊43，用於對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。其中，提取模塊41包括設置單兀，用於設置長度為n的滑動窗ロ ；收集單元，用於收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣；計算單元，用於計算特徵矩陣中每兩列的相關係數；特徵值獲取單元，用於根據係數獲取特徵值。分類模塊42包括轉化單元，用於將特徵值轉化為特徵值圖案；分類單元，用於對特徵值圖案進行分類；檢測結果獲得単元，用於根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。其中，分類單元還用於採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。進ー步地，修正模塊還用於採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。實施本發明實施例的室內無源被動式移動檢測裝置，無需增加任何額外硬體設備，可降低定位成本；主要通過獲取並處理各子載波的信道狀態信息，利用其抗窄帶幹擾性和時域穩定性，以優化無線區域網的室內無源被動式移動檢測問題，提高警報精度，能夠有效降低移動行為發生時室內環境多徑的影響，提高檢測精度。本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於ー計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或光碟等。另外，以上對本發明實施例所提供的室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種室內無源被動式移動檢測方法，其特徵在於，所述方法包括 獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息； 根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值； 對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果； 對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。
2.如權利要求1所述的室內無源被動式移動檢測方法，其特徵在於，根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值的步驟包括 設置長度為n的滑動窗口； 收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣； 計算特徵矩陣中每兩列的相關係數； 根據係數獲取特徵值。
3.如權利要求1或2所述的室內無源被動式移動檢測方法，其特徵在於，對特徵值進行分類，獲取突發行為對應的檢測結果的步驟包括 將特徵值轉化為特徵值圖案； 對特徵值圖案進行分類； 根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。
4.如權利要求3所述的室內無源被動式移動檢測方法，其特徵在於，採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。
5.如權利要求1所述的室內無源被動式移動檢測方法，其特徵在於，對檢測結果進行漏檢檢查包括採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。
6.一種室內無源被動式移動檢測裝置，其特徵在於，所述裝置包括 獲取模塊，用於獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息； 提取模塊，用於根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值； 分類模塊，用於對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果； 修正模塊，用於對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。
7.如權利要求6所述的室內無源被動式移動檢測裝置，其特徵在於，提取模塊包括 設置單元，用於設置長度為n的滑動窗口 ； 收集單元，用於收集對應信道狀態信息並存於nXn特徵矩陣； 計算單元，用於計算特徵矩陣中每兩列的相關係數； 特徵值獲取單元，用於根據係數獲取特徵值。
8.如權利要求6所述的室內無源被動式移動檢測裝置，其特徵在於，分類模塊包括 轉化單元，用於將特徵值轉化為特徵值圖案； 分類單元，用於對特徵值圖案進行分類； 檢測結果獲得單元，用於根據分類後的特徵值圖案獲得移動行為對應的檢測結果。
9.如權利要求8所述的室內無源被動式移動檢測裝置，其特徵在於，分類單元還用於採用基於密度的分類算法DBSCAN對特徵值圖案進行分類。
10.如權利要求6所述的室內無源被動式移動檢測裝置，其特徵在於，修正模塊還用於採用數據融合方式對多條信道的檢測結果進行融合。
全文摘要
本發明實施例公開了一種室內無源被動式移動檢測方法及其檢測裝置，其中，該檢測方法包括獲取信號解調後的各個子載波的信道狀態信息；根據信道狀態信息提取任一單條信道相應的特徵值；對特徵值進行分類，獲取移動行為對應的檢測結果；對檢測結果進行誤判修正及漏檢檢查，獲得監測結果。實施本發明實施例，無需增加任何額外硬體設備，可降低定位成本；主要通過獲取並處理各子載波的信道狀態信息，利用其抗窄帶幹擾性和時域穩定性，以優化無線區域網的室內無源被動式移動檢測問題，提高警報精度，能夠有效降低移動行為發生時室內環境多徑的影響，提高檢測精度。
文檔編號H04B17/00GK103023589SQ201210525758
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者肖江, 伍楷舜, 倪明選, 羅笑南 申請人:中山大學