【CN110069134A】一种利用无线电射频信号还原手部空中移动轨迹的方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910250475.9

(22)申请日 2019.03.29

(71)申请人 北京大学

地址 100871 北京市海淀区颐和园路5号

(72)发明人 张大庆　吴丹　

(74)专利代理机构 北京万象新悦知识产权代理

有限公司 11360

代理人 黄凤茹

(51)Int.Cl.

G06F 3/01(2006.01)

H04B 17/318(2015.01)

H04W 4/029(2018.01)

H04W 4/33(2018.01)

H04W 4/80(2018.01)

(54)发明名称一种利用无线电射频信号还原手部空中移动轨迹的方法(57)摘要本发明公布了一种利用无线电信号还原手部在空中移动轨迹的方法，无需专用传感器、利用已有通讯设备的无线电信号检测并还原手指在空中写字轨迹。放置一个信号发送设备Tx、两个信号接收设备Rx，每个接收设备各配备至少两根天线，Tx和Rx之间没有阻挡；手部不需要佩戴任何设备；手部在空中的移动区域为Tx -Rx1及Tx -Rx2围成的正方形区域的内部；利用手的移动对无线电信号产生扰动，通过测量并提取多个接收天线上的无线信道变化，再计算得到手在空中的移动轨迹。本发明利用已有的无线通讯设备上采集的信道CSI数值，无需额外硬件设备或硬件改动，节约成本；适用范围广；可进行精确追踪，轨迹还原精度高；还可实时连续运行，

方便实用。权利要求书2页 说明书10页 附图1页CN 110069134 A 2019.07.30

C N 110069134

A

权　利　要　求　书1/2页CN 110069134 A

1.一种利用无线电RF信号还原手部在空中移动轨迹的方法，放置一个信号发送设备Tx、两个信号接收设备Rx，每个接收设备各配备至少两根天线，信号发送设备Tx和信号接收设备Rx之间没有阻挡；手部不需要佩戴任何设备；手部在空中的移动区域为Tx-Rx1及Tx-Rx2围成的正方形区域的内部；利用手的移动对无线电RF信号产生扰动，通过测量并提取多个接收天线上的无线信道变化，再计算得到手在空中的移动轨迹；包括如下步骤：

1)数据获取与预处理；执行如下操作：

a)Tx发射无线电信号，不要求均匀等间隔，可随着无线数据通信正常发送；在两个Rx端分别采集CSI信息，包括：OFDM子通道的传输特性信息、采集时的发送天线编号、采集时的接收天线编号、采集时刻的时间戳；

b)将同一个接收设备的多个天线上采集到的CSI信号时间序列，任意选择两个天线的CSI信息进行相除，形成新的复数值的CSI商信号时间序列；

c)对b)中的CSI商信号时间序列进行插值，形成均匀CSI商信号时间序列；

d)对均匀CSI商信号时间序列去除噪音并充分平滑，得到复平面上多段平滑的圆弧状分布的CSI商信号时间序列；

2)提取写字动作的切割与手指位移；执行如下操作：

a)对平滑后的CSI商时间序列前后相减做差分，得到复平面上每两个采样点向量间的向量差，形成复信号的CSI商差分时间序列；

b)对CSI商差分时间序列分别取振幅和相位，形成两个新的实信号时间序列，分别为振幅时间序列和相位变化时间序列；

c)形成一个振幅时间序列阈值；当振幅时间序列高于该振幅时间序列阈值时，识别为手移动；否则，所对应的数据段跳过不进行处理；

d)根据手移动时对应的步骤2)中b)的相位变化时间序列，提取出手指相对于Tx-Rx两个设备的反射路径长度变化信息，形成反射路径变化时间序列；反射路径变化时间序列包括反射路径长度变化的方向和反射路径长度变化的大小；

3)手指移动轨迹重建；执行如下操作：

a)将Tx的发射天线位置记成坐标原点，构建笛卡尔坐标系；将两个Rx的接收天线位置记成两个相对于原点位置的坐标轴，并标记Rx的坐标位置；

b)假设手移动的初始位置位于两个Rx设备连线位置的中间；

c)根据步骤2)中d)形成的反射路径变化的时间序列中每一步的信息，进行迭代计算每一步移动的方向并得到的新的位置；

d)由此重建整个手指移动的轨迹信息；

通过上述步骤，实现利用无线电RF信号检测并还原手部在空中的移动轨迹。

2.如权利要求1所述利用无线电RF信号还原手部在空中移动轨迹的方法，其特征是，具体地，分别在已知的固定位置放置一个信号发送设备Tx和两个信号接收设备Rx(每个接收设备各配备至少两根天线)；两个Rx分别与Tx的连线尽可能垂直；通过测量收发设备之间的CSI信息获取信号振幅及相位变化的信息；手部在空中的移动尽量靠近区域的中间位置；Tx-Rx间存在较强的LoS路径。

3.如权利要求1所述利用无线电RF信号还原手部在空中移动轨迹的方法，其特征是，信号发送设备Tx包括WiFi无线路由器、无线接入点AP、LTE室内基站；信号接收设备Rx包括PC

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