介绍
NSDI’14, 15 上发表的两篇有连续性的论文，搭建了FMCW雷达设备来检测室内人类活动。
术语介绍
- TOF Profile: 一个chirp经过傅里叶变换之后会得到每个频率对应的能量。频率跟距离成正比，能量是目标的反射能量。TOF Profile代表了每个距离上的反射能量。
3D Tracking via Body Radio Reflections
硬件配置:
- 频段：5.56-7.25GHz FMCW Radar
- 天线：1Tx, 3Rx. T型天线，相距1米。
多径效应消除
- 静态多径效应消除 Static Multi-path Removal
- 原因：室内的墙壁、家具反射信号导致的多径效应。
- 假设: 环境反射的信号造成的频移是恒定的。
- 方案: 当前帧减去上一帧，见$(a)\to(b)$
- 动态多径效应消除 Dynamic Multi-path Removal
- 原因：人体的反射信号通过多径反射回Rx，导致多径
- 假设: 直射路径频移最小
- 方案: 取强反射信号的下包络，作为人体的位置。（仅用于单人体检测）。取下包络比取最大值优势在于，人体点位置不会跳变。见$(b)\to(c)$
噪声压制
- 假设人体的短时间的运动是恒定的，检测起始位置用相干累积可以中和掉高斯噪声。
- 异常值检测，过滤掉短时间内跳变的人体点
- 人体静止时，假设人体还在原地，持续跟踪。
- 滤波：距离估计用卡尔曼滤波 Kalman Filter
到达角(Angle of Arrival)估计
因为Rx间距一米，不能利用远场公式，通过Rx之间的相位差来估计到达角。
- 2D定位：每个Rx估计的到达距离构成一个椭圆，三个椭圆的交点就是XY坐标
- 3D定位：每个Rx估计的到达距离构成一个椭球面，三个椭球面的交点就是XYZ坐标
区分身体部位
在距离坐标上的分布来看，身体比手臂占的更多。
手势分割
做手势之前先静止一秒钟，举起手臂后再静止一秒钟，最后放下手臂。
摔倒检测
估计人体高度的变化特征，人体高度从1.7米迅速得变为0m。特征如下图：
局限
- 跟踪一个人体，因为只检测最近的人体
- 不能识别静止的人体，因为静止的人体在背景消除时去掉了。
- 不能识别身体部位，因为只看人体横跨多少距离。
Multi-Person Localization via RF Body Reflections
介绍
相对于WiTrack，WiTrack2.0有如下提升：
- 检测一个人体 -> 检测五个人体
- 检测静止人体
多径消除
- 原因：WiTrack1.0的多径假设是基于单运动人体，多人体或人体静止情况下不再适用。
- 观察：在不同的Tx-Rx测量中，多径信号差别很大，人体测量很稳定。
- 方案：增大天线阵列，增大到5Tx, 5Rx。
人体近-远问题
- 原因：多个人体由远有近，近人体信号强，远人体信号弱。强信号会遮挡住弱信号。
- 观察：减去强信号后，弱信号就可以被检测出来了。
- 方案：Successive Silhouette Cancellation (SSC), 先检测最近人体，然后减去这个人体。迭代检测出所有人体。
静止人体检测
- 原因：静止人体会有呼吸引起的微弱运动。
- 观察：
- 使用短时间窗口，可以检测到运动人体(a)，但是静止人体检测不到(b)
- 使用长时间窗口，可以检测到静止人体(d)，但是运动人体会导致模糊(c)。
- 方案：
- 使用短窗口（减去6秒前的帧）检测静止人体;
- 每十秒作为一个时间窗口，选取第一帧作为参考帧，这个窗口内的每一帧都减去这一帧。这样，静止人体的反射可以在窗口的后半部分反应出来。
