基于LoRa信号的行走距离和方向估计

作     者：常兆心 张扶桑 牛凯 张大庆 CHANG Zhao-Xin;ZHANG Fu-Sang;NIU Kai;ZHANG Da-Qing

作者机构：北京大学信息科学技术学院高可信软件技术教育部重点实验室北京100871 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室软件工程技术研发中心北京100190 北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院天津300450 

出 版 物：《计算机学报》 (Chinese Journal of Computers)

年 卷 期：2021年第44卷第5期

页      面：999-1012页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61802373) 国家重点研发计划(2016YFB1001200) 中国科学院青年创新促进会(2020109) 北大百度基金资助项目(2019BD005) 北京大学-南洋理工大学合作基金资助 

主　　题：行走追踪 远距离感知 穿墙感知 LoRa 非接触感知 

摘      要：行走追踪在真实场景中具有广泛应用,可以用于安防监控、老人看护、室内导航等场景.近年来,基于无线射频信号的非接触式行走追踪受到了研究人员的广泛关注,包括基于Wi-Fi信号、RFID信号等的行走追踪系统.然而,现有的行走追踪系统依然面临感知范围小、感知设备部署稠密等问题.在本文中,我们首次将用于物联网低功耗、远距离通信的LoRa技术应用到非接触式的大范围行走追踪中,显著地增加了行走追踪系统的感知距离.特别地,通过利用LoRa网关上配置的多天线,利用两根天线上接收信号的比,可以有效地消除噪声干扰以及收发不同步带来的误差,从而进一步提升了感知范围,然后利用计算切线向量相位变化的方法准确计算原始信号中动态分量的相位变化来在估计行走距离和方向.基于此,本文提出基于LoRa的非接触感知系统,可以在一段自然连续的行走活动中准确地判断人的动静状态并切割出行走片段,进而计算出行走的距离和方向,实现人的行走追踪.实验验证了系统计算行走距离和方向的准确性和实时性,其中距离计算的平均误差为3.8%,准确判断行走方向所需时间为0.7 s.