隔墙人体运动检测的信号处理方法和系统设计

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近十年来的隔墙人体运动检测技术主要使用超宽带信号,但往往需要用GHz的带宽、较高的功率才能分辨出墙后的物体,且一般雷达系统体积较大。如果能够不使用超宽带信号,而采用基于工业、科学和医药(Industrial Scientific Medical,ISM)频段信号来实现一种小带宽、小功率、小体积、低成本的隔墙人体运动检测系统,将对社会公共安全以及人民生活的方方面面产生极大的影响。本文对隔墙人体运动检测技术进行了深入探究,设计实现了基于ISM频段信号的隔墙人体运动检测系统。本文主要工作包括:1.设计了隔墙人体运动检测系统。首先研究墙体等强背景噪声干扰下的隔墙人体运动检测机理;然后采用IEEE 802.11n信号进行通信,并利用预编码来消除墙体等静态物体反射回来的强干扰信号,从而能够提取出墙后微弱的人体运动回波信号;最后使用软件无线电设备及平台实现了信号收发以及背景噪声干扰抑制,并对干扰抑制效果进行分析,得出其抑制效果有一个上限。2.研究隔墙人体运动检测的离线信号处理方法。通过对接收信号进行时域、频域和联合时频域信号处理与分析比较,可以提取出用于隔墙检测使用的特征属性,进而提出了基于阈值的隔墙人体运动检测方法。为了适用于不同的检测环境,引入机器学习的思想,提出了基于聚类和分类的隔墙人体运动自适应检测方法。3.研究隔墙人体运动朝向检测的离线信号处理方法。从接收信号中提取出信道状态信息,进而获取多普勒频移以判断运动人体相对接收机的运动方向;且通过频偏可以大致估算出人体的运动速度。另外,通过使用动态时间规整算法能够检测区分出沿墙水平和垂直运动两种运动朝向。4.研究隔墙人体实时检测的信号处理方法,并设计结果展示界面。首先通过对离线方法进行修改,并辅助轻量级检测方法,能够给出更短时间内的运动模式信息;然后设计了结果展示界面及离线分析工具;最后对检测准确性进行了分析讨论。
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