Page 157 - 《软件学报》2021年第10期

李晟洁 等:基于 Wi-Fi 信道状态信息的行走识别与行走参数估计 3129

向、加速、减速、静止等信息.进一步我们将具体介绍如何利用多普勒速度来进行行走识别和行走参数估计.

能量(dB) 多普勒速度(m/s)

多普勒速度(m/s) 时间(s)
(a) 多普勒速度谱 (b) 时间-多普勒速度谱

Fig.2
图 2
3 基于多普勒速度的行走识别和行走参数估计

多普勒速度反映着丰富的人的运动信息,但它是反射路径长度的变化速度,与人的真实运动速度相关,又不
完全等价于人的真实运动速度.所以在这一节中,首先具体分析人的真实运动速度与多普勒速度之间的关系,然
后介绍行走的识别以及行走的速度、方向、步数和步长等参数的估计方法.
3.1 人的真实速度与多普勒速度
如图 3(a)所示,给定一对 Wi-Fi 收发设备,存在一个以收发设备为焦点、经过人的椭圆.当人在运动时,人真
实的运动速度可以分解为沿椭圆切向方向的切向速度分量和沿椭圆法向方向的法向速度分量.由于多普勒速
度为反射路径长度的变化速度,而根据椭圆的性质又可知,切向速度分量并不会改变反射路径的长度,所以多普
勒速度的产生只与法向速度分量有关.也就是说,多普勒速度可以反映人的真实运动速度的部分信息.为了描述
完整的人的真实的运动速度,这里我们引入二维多普勒速度模型.
如图 3(b)所示,给定一个发射设备、两个垂直摆放的接收设备,当人处于两对收发设备构成的感知区域内
时,分别存在两个以收发设备为焦点、经过人的椭圆.图中 v real 为人的真实运动速度,v 1 为 v real 在椭圆 TX-RX1
上的法向速度分量,v 2 为 v real 在椭圆 TX-RX2 上的法向速度分量.

法线

切向速度 切线

真实速度 法向速度

(a) 人的真实速度和多普勒速度之间的关系 (b) 人的真实速度和二维多普勒速度之间的关系

Fig.3
图 3
如图 3(a)所示:因为反射信号从人体经过一个往返的路程到达接收端,所以路径长度的改变量可以近似为
[8]
人在法向方向移动的距离的 2 倍 .也就是说,多普勒速度可以近似为法向速度的 2 倍.在图 3(b)中,假设 RX1 感
知到的多普速度为 v doppler1 ,可以近似认为人在该椭圆的法向向上的运动速度分量 v 1 v doppler1 /2.同理可获得 v 2 .