【摘要】：隨著計算機(jī)技術(shù)以及人工智能的發(fā)展,手勢識別技術(shù)成為目前研究的熱點之一。手勢識別技術(shù)可以用來實現(xiàn)高效智能的人機(jī)交互系統(tǒng)。本文結(jié)合WiFi信號長訓(xùn)練序列特點以及模式識別方法,提出了一種基于WiFi信號的手勢識別方法。該方法深入分析802.11a長訓(xùn)練序列的特性,并提取相應(yīng)特征,然后采用模式識別方法對手勢進(jìn)行分類識別。本文的主要研究成果如下:本文分析了 802.11a幀結(jié)構(gòu)特性以及長訓(xùn)練序列的作用,提出了一種基于802.11 a長訓(xùn)練序列的特征提取方法。802.11 a幀結(jié)構(gòu)中長訓(xùn)練序列可以用于估計信道頻率響應(yīng)以及頻率偏移。不同的手勢動作對信號會造成一定的影響。在不同條件下所估計的頻率偏移都不同。同時,手勢動作也會對信號的傳輸信道造成一定的影響,并相應(yīng)改變信道參數(shù)。因此,本文的特征提取方法主要提取WiFi信號的頻偏估計特征和信道估計特征,然后將二者合并為特征向量。針對頻偏估計特征的提取,本文采用了基于長訓(xùn)練序列的自相關(guān)算法,即讓802.11a中兩個長訓(xùn)練序列做相關(guān)運(yùn)算,然后計算頻率偏移。針對信道估計特征的提取,本文先將時域長訓(xùn)練序列轉(zhuǎn)換為頻域長訓(xùn)練序列,然后和本地標(biāo)準(zhǔn)頻域長訓(xùn)練序列相除并提取相應(yīng)的信道估計參數(shù)。提取特征之后,本文選用了 SVM分類算法對手勢識別方法進(jìn)行了仿真分析與驗證,并對模型進(jìn)行了參數(shù)調(diào)優(yōu)。所得到的分類模型具有良好的分類性能,本文共識別了 8種靜態(tài)手勢,平均識別率達(dá)到95%。經(jīng)參數(shù)優(yōu)化的分類模型平均識別率高達(dá)97%。在前面研究基礎(chǔ)之上,本文結(jié)合軟件無線電平臺設(shè)計了一個基于手勢識別的人機(jī)交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、訓(xùn)練模型,并實時分析處理接收的WiFi信號,提取特征,采用現(xiàn)場訓(xùn)練的分類模型對手勢動作分類判別并通過界面展示結(jié)果。
【圖文】：

手勢檢測及識別逡逑圖１－１手勢識別框圖逡逑圖１－１中，本文首先依靠軟件無線電平臺獲取到基于８０２．１１ａ協(xié)議的無線信逡逑號，從中提取長訓(xùn)練序列時域樣值。８０２．１１ａ協(xié)議中長訓(xùn)練序列主要用于精確的逡逑頻率偏移估計和信道估計［３５］。ＯＦＤＭ系統(tǒng)的主要缺陷之一是對載波的頻率偏移逡逑非常敏感［３６］。在室內(nèi)環(huán)境下不同的手勢動作必然對接收機(jī)的載波頻率偏移造成逡逑不同的影響。因此我們可以利用長訓(xùn)練序列計算出接收機(jī)的載波頻率偏移，將逡逑這個值作為特征向量的一部分。同樣，，手勢動作對信號的傳輸信道也會造成一逡逑定的影響，從而影響了傳輸信道參數(shù)。８０２．１１ａ協(xié)議采用了邋ＯＦＤＭ技術(shù)，通過逡逑子載波信道傳輸數(shù)據(jù)，接收機(jī)的性能受無線傳輸信道制約，所以信道估計是接逡逑收機(jī)不可缺少的一部分［３５］。８０２．１１ａ中信道估計的主要目的是估算ＯＦＤＭ系統(tǒng)逡逑子載波的信道頻率響應(yīng)補(bǔ)償值。本文通過信道估計算法計算出信道的頻率響應(yīng)，逡逑進(jìn)而求出ＯＦＤＭ每個子載波信道的信道估計值，然后和頻率偏移合并構(gòu)成特征

本文中發(fā)射端與接收端通信協(xié)議為８０２．１１ａ。該標(biāo)準(zhǔn)工作的頻段為５．１５？逡逑５．８２５ＧＨｚ，傳輸速率可以達(dá)到５４Ｍｂ／ｓ，是ＩＥＥＥ邋８０２．１１協(xié)議的一個補(bǔ)充，擴(kuò)充逡逑了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，采用正交頻分復(fù)用技術(shù)［３７］。圖２－１是ＩＥＥＥ邋８０２．１１ａ物理層幀逡逑結(jié)構(gòu)，如下所示：逡逑１０＊０．８邋＝邋８／＾５邐１．６邋＋２＊３．２邋＝邋８／ｉ．ｙ邐０．８邋＋邋３．２邋＝邋４／／５邐０．８邋＋邋３．２邋＝邋４／／５邐０．８邋＋邋３．２邋＝邋４／ｉ．ｙ逡逑堿邐－－邐ｘ邐？邋＜—邐＞－＜－■■邋■邐＞？＜＜－逡逑（＼邋（２邋ｈ邋Ｕ邋ｈ邋ｈ邋ｌｌ邋ｈ邋（＼Ｑ邋Ｇ！邋７］邐Ｔ２邐ＧＩ邋ＳＩＧＮＡＬ邋ＧＩ邋Ｄａｔａ邋１邋ＧＩ邋Ｄａｔａ邋２邋．．．逡逑＜邐；邐＞＋？——ｉ邐逡逑｜邐短訓(xùn)練序列邋｜邐長訓(xùn)練序列逡逑能量檢測邐粗頻偏估計邐細(xì)頻偏估計‘逡逑ＡＧＣ邐符號同步邐信道估計逡逑圖２－１邋ＩＥＥＥ邋８０２．１１ａ物理層幀結(jié)構(gòu)逡逑訓(xùn)練序列：依據(jù)功能的不同，訓(xùn)練序列分為長訓(xùn)練序列和短訓(xùn)練序列。其逡逑中短訓(xùn)練序列如圖２－１中／／，0，邐以，每一個符號占用的時間長度為０．８／＾，逡逑總共時間長度為８／ｍ長訓(xùn)練序列如圖２－１中Ｔ／，乃，每個符號時間長度為３．２／？，逡逑與短訓(xùn)練不同的是，長訓(xùn)練序列部分多了一個保護(hù)間隔，其長度為１．６＾，總共逡逑時間長度為８／＾。長訓(xùn)練序列和短訓(xùn)練序列時間長度總和是１６＾。逡逑ＳＩＧＮＡＬ部分：ＦＦＴ所需時間為３．２；ｕｓ，加上０．８／ｙｓ保護(hù)間隔，因此該部分逡逑占用４／ｙＳ。一個ＯＦＤＭ符號的數(shù)據(jù)子載波為４８個，４個空導(dǎo)頻子載波（不傳導(dǎo)逡逑頻）
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN92;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2562036