[发明专利]基于无线感知的全域步态检测与身份认证方法及系统

说明书

一种基于无线感知的全域步态检测与身份认证方法及系统，通过在室内环境下设置一个Wi‑Fi信号发送端和两个Wi‑Fi信号接收端，并使两个接收端和发送端的连线相互垂直，然后采集包含用户步态特征的Wi‑Fi信号，经动态信息提取得到多普勒二维特征图，再通过合成多普勒图像后利用深度残差神经网络从中提取出每个用户细粒度的步态行为特征对用户进行身份认证。本发明能够在跨障碍、跨位置、跨路线的场景下对每个用户进行基于步态的身份认证。

技术领域

本发明涉及的是一种无线身份认证领域的技术，具体是一种基于无线感知的全域步态检测与身份认证方法及系统。

背景技术

用户认证是一个非常重要且具有普遍应用场景的研究，已经在日常生活中以各种方式得到了一定的实现，如人脸识别和安全监控等。传统方法使用相机、可穿戴设备等可能会带来隐私的泄漏，且有环境和感测范围的限制。

在无线传感领域，因为人体的运动会影响空间电磁场的分布，导致信号的传播路径和相位时延发生改变，因此可以通过分析无线信号的信道状态信息来提取动作的变化情况，用于进行人体检测、活动识别等。已知每个用户拥有独特的体态特征和步行行为习惯，因此感知人体步行的无线信号中隐含有用户特有的行为特征，可用来进行用户认证。

现有的基于Wi-Fi感知用户步态的工作存在很多限制条件，比如只能在不穿越障碍物的情况下(例如设备与人在同一个房间内)，对在特定位置开始直线行走的人进行身份认证。其次，当用户行走相同的距离，但是在不同的位置开始、以不同的路线行走时，从发送端到用户再到接收端的路径长度的变化不同，导致接收端所能检测到的信号的频率波动不同，同一用户在不同位置和路线的CSI数据会存在较大的差别。所以，认证阶段需要用户沿着固定的路线行走，如果用户以不同的路线和方向进行自由行走，模型则会失效。

发明内容

本发明针对现有无线感知技术只能在不跨域障碍物下、在预定义的位置以直线路线进行用户步态下的身份认证的不足，提出一种基于无线感知的全域步态检测与身份认证方法及系统，能够在跨障碍、跨位置、跨路线的场景下对每个用户进行基于步态的身份认证。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于无线感知的全域步态检测与身份认证方法，通过在室内环境下设置一个Wi-Fi信号发送端和两个Wi-Fi信号接收端，并使两个接收端和发送端的连线相互垂直，然后采集包含用户步态特征的Wi-Fi信号，经动态信息提取得到多普勒二维特征图，再通过合成多普勒图像后利用深度残差神经网络从中提取出每个用户细粒度的步态行为特征对用户进行身份认证。

所述的动态信息提取是指：对在任一接收端接收的数据低通移动平均滤波后使用PCA主成分分析的方法对数据进行降维，并通过从共轭乘法中减去平均值以消除静态信息并提取动态信息。

所述的多普勒二维特征图，通过对动态信息进行短时傅里叶变换，将Wi-Fi信号进行时频转换并获得频域上的信息，获得多普勒二维特征图。

当用户靠近Wi-Fi收发端形成的链接，连续波之间的到达时间降低，频率增加；反之频率降低，因此从多普勒二维特征图中可以获得用户的步行速度。

所述的合成多普勒图像是指：根据两个接收端各自的多普勒二维特征图中的多普勒频移计算得到用户分别在两个收发链接感知下的运动方向和速度，并通过双椭圆定位法计算出其实际的前进方向的移动速度；然后将两个接收端的原始多普勒频谱数据和移动速度结合，合成仅表现用户前进步态行为有关的合成多普勒图像。