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专利号: 2020110718979
申请人: 上海第二工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-06-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于WiFi的姿态识别方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.信道状态信息采集

通过无线网卡接收信道状态信息,获取的信道状态信息是复数矩阵形式:j∠H

H(fk)=||H(fk)||e ,k∈(1,2,...,30)     (1)式中H(fk)是复数,表示中心频率为fk的子载波对应的信道状态信息;其中||H(fk)||为幅值,||j∠H||为相位;

步骤2.数据预处理

2.1相位预处理

对原始相位Hf=||j∠H||采用公式(2)‑(4)去除异常点得到G,相继选取原始相位中的m,m为奇数,个元素生成移动窗口P;取该移动窗口内元素的中值HZ,并计算各元素对中值的标准差S;若窗口内某个元素与中值相差超过 个标准差,则用中值替换该元素;

P={H1,...,Hi}                                    (2)式中i∈(1,2,...,m);

利用公式(5)‑(6)对G进行相位校准得到Q:G1=G'1+ΔT+ω+2πf1

G2=G'2+ΔT+ω+2πf1                                (5)Q=G2‑G1                                          (6)式中G1,G2为天线1,天线2经过滤波处理之后的相位,G'1,G'2为实际的相位,Q为天线1经过校准的相位,ω为采样频率偏移、ΔT为时间延迟,2πf1为中心频率偏移;

再次使用公式(2)‑(4)去除相位中因校准而出现的异常点;

利用公式(7)确定相位特征向量T:

T={min(Q);max(Q);[|min(Q)‑max(Q)|];B;J}       (7)相位的标准差B由公式(8)求得:

式中N为样本数量,M为总样本相位的均值;

J为相位的标准四分位距,由公式(9)得到:式中O,L分别为相位J的第一四分位距和第三四分位距;

2.2幅值预处理

对原始幅值数据集F采用公式(9)处理得到数据集W,从数据集F中相继抽出u个数值F1,...,Fu,u为奇数,成为长度为u的滤波窗口,将窗口内数值按照大小排序,取中位数替代Fd之后作为滤波输出,Fd为窗口中心,其中 公式表示为:Fd=Med{F1,...,Fu}

式中Med是取中值的函数;

数据集W经过公式(10)处理得到幅值的特征向量数据集A:A={min(W);max(W);[|min(W)‑max(W)|];C;V}        (10)C为幅值的标准差,式中N为样本数量,R为总样本幅值的均值;

V为幅值的信息熵,式中Pi为幅值中每一个元素的数值出现概率;

2.3特征向量降维处理

定义数据集D={(I1,b1),(I2,b2),...,(Ij,bj)}式中特征向量数据集Ij=[Aj;Ej],bj代表动作,j∈(1,2,...,Z)代表动作种类数量,Aj代表不同种类动作的相位特征数据集,Ej代表不同种类动作的幅值特征数据集;

采用公式(14)‑(19)对数据集D进行降维处理;

计算数据集Ij中不同动作对应数据集的均值向量Jj和类内协方差矩阵φj;

式中ωj为第j类动作样本的个数;

计算类内散度矩阵α和类间散度矩阵β;

式中ρ为所有动作样本数据集的均值向量,ωj为第j类动作样本的个数;

通过公式(18)计算投影到三维空间的矩阵向量,对应的基向量为(R1,R2,R3),基向量组成的矩阵为R,定义函数z如下,求得最大的特征值对应的特征向量组R:通过公式(19)将数据集Ij转换为a'j:T

a'j=RIj                                 (19)步骤3.分类模型建立

定义数据集D'={(a'1,b1),(a'2,b2),...,(a'j,bj)},利用公式(14)‑(16)处理D',得到不同动作对应数据集的均值向量,类内协方差矩阵θi和类内散度矩阵;利用公式(20)计算类间散度矩阵δ,得到最佳投影面;然后依次经过式(18)‑(19)处理,得到投影在平面的数据集h={(h1,b1),...,(hj,bj)};

式中τ为所有动作样本的均值;

式中参数t为样本集中样本的相似度度量,通过欧几里得距离进行计算;

根据投影在平面的数据集h={(h1,b1),...,(hj,bj)},建立不同动作种类下的高斯分布的概率密度函数:式中

建立指纹库Map={(h'1,b1),(h'2,b2),...,(h'j,bj)},其中h'j为不同种类的概率密度函数,j为动作种类数量;

步骤4.姿态识别

测试集数据经过步骤3处理,得到投影在平面的数据点,求该数据点的均值矢量和协方差,代入步骤3的指纹库中的高斯分布概率密度函数,得出的预测为各个动作的概率,其中最大的概率即预测为该动作的概率。