软件学报

作者：陈蔚燕，张扶桑，刘俊杰，包鹏，张大庆

单位：陈蔚燕，北京大学 信息科学技术学院, 北京 100871;高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学), 北京 10087111,张扶桑，计算机科学国家重点实验室(中国科学院 软件研究所), 北京 100190;中国科学院 软件研究所 软件工程技术研发中心, 北京 10019002,刘俊杰，北京邮电大学 计算机学院, 北京 10087603,包鹏，北京大学 前沿交叉学科研究院 大数据科学研究中心, 北京 10087104,张大庆，北京大学 信息科学技术学院, 北京 100871;高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学), 北京 10087105

关键词：普适计算;非接触感知;IR-UWB;UWB;距离测量;室内定位;目标追踪

基金：国家自然科学基金(62172394); 中国科学院青年创新促进会(2020109); 中日韩A3前瞻计划(62061146001); 北京大学基金会北京大学-南洋理工大学合作基金

近年来, 对运动目标的定位和追踪被广泛地应用于室内导航、智能家居、安防监控和智慧医疗等场景. 基于无线射频信号的非接触式定位追踪受到了研究人员的广泛关注, 其中基于商用IR-UWB的技术能够以较低的成本和功耗实现目标定位和追踪的功能, 具有较强的发展潜力. 然而, 现有工作大多存在以下问题: 1)追踪场景受限, 只针对理想情况下室外或者相对空旷的室内场景进行建模和处理; 2)目标的运动状态受限且建模过于理想; 3)虚假动态目标引起的追踪精度不足. 为了解决这些问题, 在理解多径场景下接收信号谱组成的基础上, 提出一个基于IR-UWB的动态目标追踪方法. 首先提取原始信号谱中动态成分, 并利用基于高斯模糊的多径消除和距离提取算法, 消除了多径干扰, 仅保留与运动目标直接相关的一次反射信息, 从而准确地获取了目标的距离变化曲线. 随后, 提出多视角融合算法, 将不同视角上的设备距离信息进行融合, 实现对自由活动目标的准确定位和追踪. 此外, 还搭建一个基于低成本商用IR-UWB雷达的实时动态目标追踪系统. 真实室内家居场景中的实验结果表明, 系统估计的人体中心的位置与真实运动轨迹的误差始终小于20 cm. 在改变实验环境、实验者、活动速度、设备高度等影响因素的情况下, 系统依然鲁棒.

来源：2023年第12期

《软件学报》期刊编辑部

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