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随着船舶体积的大型化发展,船舶内部的安全管理越来越重要,入侵感知技术在船舶航行安全和人员管理方面具有重要的应用前景。但特殊的船舶结构会对信号传播造成严重的多径干扰,现有的入侵感知方法也不适用于类似船舶这样的动态环境中,为了克服船舶环境的限制性,实现船载环境下的高精度人员入侵感知,本文以WIFI信号的空间传播理论为研究基础,提出了基于信道状态信息的船舶舱室人员入侵感知方法,实现了对船载环境中移动人员的判断和人员数量的估算。本文的主要工作有:
(1)分析船载环境下的无线信号信道响应模型并完成数据的预处理。本文以实船采集WIFI信号数据为研究基础,总结了船载环境下的信道状态信息分布特性,利用统计方法消除了信道状态信息幅值信息中的离群点干扰。分析了电路处理部分引入的相位误差组成成分并通过线性变换完成对原始相位的清洗,最后从信道冲击响应的角度提出了削弱环境多径影响的信号多径分量滤除方法,为后续研究提供了更加真实有效的信道状态信息。
(2)构建了子载波敏感度评价模型。通过信道衰减模型理论分析以及实船环境考察探究了船载环境下的子载波环境感知敏感度差异性问题,以实船采集数据为基础验证了子载波敏感度的差异性及其时变性特征。构建了基于KL散度的相似度度量模型来评价子载波的环境感知敏感度,并筛选出对环境感知更加敏感的子载波为接下来的入侵检测提供数据支持。
(3)基于船舶环境中的人员入侵感知需求,提出了运动人员识别和人员数量估算算法。以船载环境下的CSI信息幅度和相位数据作为研究对象,分析了人员运动对CSI造成的影响,由于船载环境下CSI幅值方差的不稳定性,通过主成分分析对特征值进行提取,使用支持向量机分类算法构建了环境相关的分类模型;通过对不同运动人员数量影响下的CSI数据的时频特征进行拟合回归分析建立了人员数量匹配指纹库,提取实际环境中CSI数据的时频特征与指纹库进行匹配得到对当前环境中人员数量的估算。最后通过实验对算法的有效性进行了验证。
(1)分析船载环境下的无线信号信道响应模型并完成数据的预处理。本文以实船采集WIFI信号数据为研究基础,总结了船载环境下的信道状态信息分布特性,利用统计方法消除了信道状态信息幅值信息中的离群点干扰。分析了电路处理部分引入的相位误差组成成分并通过线性变换完成对原始相位的清洗,最后从信道冲击响应的角度提出了削弱环境多径影响的信号多径分量滤除方法,为后续研究提供了更加真实有效的信道状态信息。
(2)构建了子载波敏感度评价模型。通过信道衰减模型理论分析以及实船环境考察探究了船载环境下的子载波环境感知敏感度差异性问题,以实船采集数据为基础验证了子载波敏感度的差异性及其时变性特征。构建了基于KL散度的相似度度量模型来评价子载波的环境感知敏感度,并筛选出对环境感知更加敏感的子载波为接下来的入侵检测提供数据支持。
(3)基于船舶环境中的人员入侵感知需求,提出了运动人员识别和人员数量估算算法。以船载环境下的CSI信息幅度和相位数据作为研究对象,分析了人员运动对CSI造成的影响,由于船载环境下CSI幅值方差的不稳定性,通过主成分分析对特征值进行提取,使用支持向量机分类算法构建了环境相关的分类模型;通过对不同运动人员数量影响下的CSI数据的时频特征进行拟合回归分析建立了人员数量匹配指纹库,提取实际环境中CSI数据的时频特征与指纹库进行匹配得到对当前环境中人员数量的估算。最后通过实验对算法的有效性进行了验证。