[发明专利]一种无源定位和生命体征监测方法、系统、计算机和存储介质

说明书

本发明公开了一种无源定位和生命体征监测方法、系统、计算机和存储介质，本发明以某个时刻的直射径的幅度和相位为基准，对其他时刻的信道响应进行校准，提高了采集数据的准确性，本发明在采集信道响应后，在频域进行IFFT变换，在时域进行FFT变换，利用方向图的辐射特性进行角度的估计，充分利用时域、频域和天线空间域的信息，提高了估计精度；本发明能够大大降低实验的时间成本和设备成本，为无需耗时耗力训练过程，且运算复杂度低，定位精度更高，生命体征监测更灵敏，具有更强的实用性。

技术领域

本发明属于室内定位和生命体征监测技术领域，具体涉及一种无源定位和生命体征监测方法、系统、计算机和存储介质。

背景技术

以无线通信技术和基于位置及感知的服务为基础的室内无线无源定位和生命体征监测在老年人居家健康监测、大型施工现场的安全管理以及抢险救灾等领域有着重要而广泛的应用。由于WiFi网络部署广泛，成本较低，基于WiFi信号的无源定位和生命体征监测技术受到了关注并获得了大量研究。

无源定位方面。Pilot是一个基于CSI的DfP室内定位系统，作者提出了一种概率匹配算法，将异常CSI与预先构建的指纹数据库进行匹配，最终估计目标的位置。然而，由于需要构建指纹库，该方法工作量大，效率不高。Wang等人提出了一种基于不同信道上RSSI变化的多信道阻塞链路检测方法。与单信道检测相比，多信道检测在多径环境中非常有效。然而由于多径衰落、不同的室内环境参数、人的存在以及不同的系统配置，基于WiFi的RSSIs容易受到影响，导致定位精度受到影响。

无源感知方面。文献利用CSI信号检测睡眠状态下人的呼吸和心跳，分别提出了呼吸速率和心率估计算法。但是实验表明，由于CSI信息对细微动作引起的变化不敏感，导致上述系统对不同姿势下呼吸和心跳频率的检测鲁棒性差。研究人员通过捕捉构建目标区域内没有人时的信号强度特征轮廓，然后应用这些轮廓来识别由于人类运动活动而导致的信号强度异常。然而为了适应环境的变化，构造的轮廓需要定期更新，工作量较大。Liu等人提出了基于WiFi的睡眠监测系统Wi-Sleep。该系统从CSI中提取与呼吸相关的节律模式以及由于身体运动而发生的突变，从而实现对呼吸以及睡觉姿势的检测，但受限于WiFi带宽及天线数量，检测精度还有待提高。

综上所述，传统的基于WiFi的无线无源定位和生命体征监测方法由于WiFi资源有限，对目标直接反射径的筛选和提取还不能很好的解决，加之精度和成本难以兼顾，限制了其发展应用。

毫米波技术的发展给无源定位和生命体征监测提供了新的思路。由于毫米波波长短、波束窄、带宽大，空间分辨率高，能够识别目标人体的细微变化导致的信道响应的改变，在无源定位和生命体征监测中更具有优势。Y.Zeng使用Vubiq毫米波芯片级收发模块、喇叭天线和旋转平台，通过暴力扫描房间来获得用户位置，然后通过RSS的变化来跟踪目标移动。这种方法成本较高，且受限于空间环境，鲁棒性不强。Fadel Adib等人利用Vital-Radio技术和FMCW雷达，研究了距离雷达设备8m处的待检测人员不同方向的呼吸心跳检测结果。但是复杂环境下，尤其是人体运动、设备抖动、呼吸谐波干扰等情况下，人体呼吸心跳检测准确性和实时性仍待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无源定位和生命体征监测方法、系统、计算机和存储介质，定位精度更高，生命体征监测更灵敏，且能够实现多目标同时监测，具有更强的实用性和可操作性。

为了达到上述目的，一种无源定位和生命体征监测方法，包括以下步骤：

在多目标存在环境中，采集不同方向图和不同载波在若干个时刻的信道响应；

在进行连续时刻的采样时，以某个时刻的直射径的幅度和相位为基准，对其他时刻的信道响应进行校准；

采集信道响应后，在频域进行IFFT变换，在时域进行FFT变换，得到目标直接反射径的时频特性；