本發(fā)明涉及無線信號技術領域，尤其涉及一種確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法。

背景技術：

無線信號在傳輸過程中，不僅僅通過收發(fā)設備之間的直接通路到達接收端，同時也會經過傳輸環(huán)境中的物體(地面、人、墻、家具等)反射到達接收端，這也被稱為多徑傳輸。如果一條路徑信號的發(fā)射端、反射體或者接收端在不斷運動，會導致在接收端測量到的信號頻率與實際發(fā)射端發(fā)出信號頻率之間存在一個偏移，該頻率偏移被稱為該路徑信號的多普勒頻移。當在無線信號的傳輸空間中存在有一個正在運動的物體，該物體會反射無線信號被接收端所接收。如果能分辨出該運動物體反射信號的多普勒頻移，就能從中獲得有關該活動物體的運動速度特征，從而用于分析運動物體的狀態(tài)(例如，速度變化、走、跑、摔倒等)或對運動物體進行追蹤等等。

然而，目前常見的商業(yè)射頻通信系統(tǒng)上(wi-fi、rfid、蜂窩網絡等)使用的信號頻率在幾百兆到幾十g之間。在這樣高頻無線系統(tǒng)上，運動物體帶來的多普勒頻移只有幾十赫茲。想要在高頻信號上提取到如此“微小”的頻率偏移，需要較高精度的頻域采樣。

1986年，美國ralpho.schmidt在文獻1(multipleemitterlocationandsignalparameterestimation,ieeetransactionsonantennasandpropagation,ap-34(3):276–280,mar.1986)中提出了多重信號分類算法(multiplesignalclassification，music)，利用自相關矩陣特征值分解的方法來區(qū)分在接收端天線陣列處疊加在一起的多個入射信號，并估計它們各自的到達角度。music算法是空間譜估計算法，其利用接收數據的協(xié)方差矩陣分離出信號子空間和噪聲子空間，利用信號方向向量與噪聲子空間的正交性來構成空間掃描譜，進行全域搜索譜峰，從而實現信號的參數估計。其特點是測向分辨率高；對信號個數、doa(波達方向)、極化、噪聲干擾強度、來波的強度和相干關系可以進行漸進無偏估計；可以解決多徑信號的doa估計問題；可以用于高密度信號環(huán)境下的無線測向。除了到達角度信息外，music算法也被應用于無線信號頻率估計。

2013年，美國qifanpu在文獻2(whole-homegesturerecognitionusingwirelesssignals，mobicom13)中提出了一種解決方案：在wi-fi信號的數字信號處理階段，把多個wi-fi信號幀拼接起來，獲得足夠長的時域信號采樣，然后通過快速傅里葉變換方法獲得高精度的頻域采樣。然而，該方法要求對傳統(tǒng)的wi-fi信號接收機進行修改，這樣才能在接收端把多個wi-fi信號幀拼接起來。對于日常消費級無線信號收發(fā)器，如wifi網卡、路由器、rfid讀卡器等，其數字信號處理模塊已經確定，無法應用該方法。

在無線通信領域，信道狀態(tài)信息(channelstateinformation，csi)是通信鏈路的信道屬性，它描述了信號在每條傳輸路徑上的衰弱因子，即信道增益矩陣中每個元素的值，如信號散射、多徑時延、多普勒頻偏、mimo信道的秩、波束形成向量、環(huán)境衰弱、距離衰減等信息。csi可以使通信系統(tǒng)適應當前的信道條件，在多天線系統(tǒng)中為高可靠性高速率的通信提供了保障。

2015年，中國weiwang在文獻3(understandingandmodelingofwifisignalbasedhumanactivityrecognition，mobicom15)中建立了csi-speed模型，提出了可以從wifi信號的信道狀態(tài)信息(channelstateinformation，csi)的振幅中獲取到運動物體反射信號的路徑變化速度特征，并將其用于行為識別。

2016年，中國kunqian在文獻4(decimeterlevelpassivetrackingwithwifi，hotwireless16)中對csi-speed模型給出了實際解釋，csi的振幅隨頻率變化實際體現了運動物體反射信號的多普勒頻移。然而，通過這種方式估計出的多普勒頻移信息只包含頻移的大小，不包含頻移的方向(正向/反向偏移)，無法獲得完整的多普勒頻移信息。

技術實現要素：

常見的無線信號收發(fā)系統(tǒng)都能提供信道信息來描述信號通過無線信道傳輸后振幅和相位的變化——無線信道帶來的衰減和相移。例如在商用wifi設備上，信道信息一般表現為信道狀態(tài)信息(channelstateinformation(csi))，它體現了無線信號從發(fā)射端發(fā)出后通過無線信道傳輸到達接收端所產生的振幅衰減和相位漂移。

為了能夠在日常消費級無線信號收發(fā)系統(tǒng)上獲得完整的無線信號多普勒頻移信息，本發(fā)明提供一種確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法，其利用無線信號接收機測量得到的多個天線上的信道狀態(tài)信息csi的相位信息，能夠在商業(yè)無線收發(fā)設備上進行。在本發(fā)明中，所針對的感知環(huán)境中僅存在一個運動物體——目標物體。在本發(fā)明中，運動物體直接反射的無線信號是指從發(fā)射設備發(fā)出的無線信號只經過目標運動物體的反射到達接收設備，中間沒有再經過其他物體反射。

本發(fā)明的原理是：運動物體反射無線信號的路徑長度會隨著物體的運動而變化，這會導致信號傳輸時延發(fā)生改變并反映在csi的相位上。其中，csi相位變化的速率反映了多普勒頻移的大小，相位變化的方向(增大或減小)反映了多普勒頻移的方向。本發(fā)明以多個時刻采集到的csi信息作為采樣，以每個采樣時刻獲得的不同子載波上的csi信息作為快照，利用music算法，從csi相位變化中確定各個路徑無線信號的多普勒頻移，獲得頻率譜。本發(fā)明利用同一個無線信號接收機上的兩根天線的csi共軛相乘消除收發(fā)設備之間的隨機相差。由于所有靜態(tài)路徑信號(包括直接通路信號和只經過靜態(tài)物體反射的信號)的多普勒頻移為0，因此在每次進行頻率估計的時間窗口內，本發(fā)明通過減去csi采樣的均值的方式消除靜態(tài)路徑信號成分，從而除去靜態(tài)路徑的頻率信息對多普勒頻移估計的影響，這樣確定出的頻移信息全部為經過運動物體反射無線信號(本發(fā)明稱為動態(tài)路徑信號)的多普勒頻移信息。由于運動物體直接反射的無線信號在所有動態(tài)路徑中能量最強，因此確定出的頻率譜中，最高譜峰對應的頻率即為運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

根據本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供的一種優(yōu)選技術方案是：

一種確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法，無需修改硬件設備，把接收設備上兩根天線上測量到的csi信息共軛相乘消除收發(fā)設備之間不同步導致的隨機相移，對于一次估計的時間窗口內的csi采樣，通過減去均值的方式消除靜態(tài)路徑信號成分，以每次csi采樣中包含的不同子載波的csi信息作為一次采樣的多個快照構造csi矩陣，然后利用music算法計算頻率譜，選擇最高譜峰對應的頻率作為運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移；包括以下步驟：

1)構造一對無線收發(fā)設備，其中接收設備具有2根以上天線，能同時接收無線信號；

發(fā)射端為無線信號發(fā)射設備(如wifi設備、rfid標簽)；接收端是與發(fā)射端對應的無線信號接收設備。

2)接收端采集2根天線上的信道信息將其表示為信道狀態(tài)信息即csi并進行共軛相乘獲得消除隨機相移的csi采樣：

在時刻t頻率為f的載波上，天線1上的原始csi采樣為x1(f,t)(即，第一csi；其包括該采樣的各個子載波的采樣csi成分，例如第一csi中有k個子載波，它們可以表示為：x1(f1,t)…x1(fk,t))，在天線2上的原始csi采樣為x2(f,t)(即，第二csi；其包括該采樣的各個子載波的采樣csi成分，例如第二csi中有k個子載波，它們可以表示為：x2(f1,t)…x2(fk,t))。取天線2的原始csi采樣的共軛復數：并與天線1上的原始csi采樣相乘獲得消除隨機相移的csi采樣：

3)對于一次估計的時間窗口內獲得的m個csi采樣([xc(f,t1),…,xc(f,tm)])，其均值為從每個采樣中減去其均值，從而移除靜態(tài)路徑信號成分，得到：除該方法外，還可以使用高通濾波器來濾除多普勒頻移為0的成分(具體濾波參數由實際應用要求確定，但濾波的目的是必須保證濾除多普勒頻移為0的成分)以實現該步驟目標。

4)以3)中獲得的每次采樣中各個子載波上的csi信息作為快照，構造csi矩陣，運行music算法確定頻率譜；

假設在一次估計窗口內，接收端的獲得m個采樣，每個采樣包含k個子載波上的csi信息，這m個csi采樣構成天線陣列信號向量x(f)：

式1中，x(fk,t0+δtm)是第m個csi采樣在第k個子載波上的快照；δtm是第m個csi采樣和第1個csi采樣的時間間隔，該信息可以根據采集到的csi的時間戳來確定；l是空間中需要進行頻率估計的路徑數；v1是第l條路徑的長度變化速度，其對應的多普勒頻移為f是使用信號的中心頻率；sl(fk)是第l條路徑在第一次采樣(t0)時在第k個子載波上的信道信息；n(f)是噪聲矩陣，其每個列向量被稱為一個導向向量；

如上所述，利用多重信號分類算法(multiplesignalclassification，music)，以式1的csi矩陣(x(f))作為輸入，根據式1，可以獲得頻率譜(以頻率為橫坐標，信號強度為縱坐標表示的頻率譜)，本領域的技術人員很容易根據該頻率譜得到每個多普勒頻移可能存在的概率；其中頻率譜中每個譜峰對應著一條被識別出的路徑，每個譜峰對應的頻率為為該路徑信號的多普勒頻移fd,l。由于信號的原始頻率(信道信號的中心頻率f)和傳播速度(光速c)已知，因此根據獲得的頻率譜中得出的每條路徑的多普勒頻移，就能得到每條路徑長度的變化速度，即多普勒速度(vl)。

在實際操作中，還可以使用fft快速傅里葉變換從某個子載波的csi采樣中([x(f1,t0),x(f1,t0+δt2),…,x(f1,t0+δtm)])獲取頻率譜。

5)獲得運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移信息：在頻率譜中選擇最高譜峰對應的頻率作為運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移信息。

根據本發(fā)明的一個實施例，確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法包括，無線信號接收端從其具有的至少兩個天線上同時分別接收來自同一發(fā)射端的無線信號；該接收端在多個時刻采集至少兩根天線的每根上的信道狀態(tài)信息即csi，并將在同一時刻分別在該至少兩根天線中的兩根天線上采集的csi進行共軛相乘，以除去接收端和發(fā)射端之間的信號的隨機相位偏移；根據除去隨機相位偏移的csi來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

根據本發(fā)明的另一個實施例，確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法包括，無線信號接收端從其具有的至少兩個天線上同時分別接收來自同一發(fā)射端的無線信號；該接收端在多個時刻采集至少兩根天線的每根上的信道狀態(tài)信息即csi，并將在同一時刻分別在該至少兩根天線中的兩根天線上采集的csi進行共軛相乘，以除去接收端和發(fā)射端之間的信號的隨機相位偏移；用高通濾波器處理除去隨機相位偏移的csi，以濾除多普勒頻移為零的成分；將濾波后的csi中包含的各個子載波的csi信息作為采樣的快照，以便構造csi矩陣并利用多重信號分類算法即music確定頻率譜，并根據頻率譜來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

根據本發(fā)明的又一個實施例，確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法包括，無線信號接收端從其具有的至少兩個天線上同時分別接收來自同一發(fā)射端的無線信號；該接收端在多個時刻采集至少兩根天線的每根上的信道狀態(tài)信息即csi，并將在同一時刻分別在該至少兩根天線中的兩根天線上采集的csi進行共軛相乘，以除去接收端和發(fā)射端之間的信號的隨機相位偏移；處理除去隨機相位偏移的csi以消除靜態(tài)路徑信號成分，包括將除去隨機相位偏移的csi中的每個減去由全部除去隨機相位偏移的csi所計算出的均值；將經處理的消除靜態(tài)路徑信號成分的csi中的各個子載波中的一個子載波上的csi進行快速傅里葉變換(fft)從而確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移。

根據本發(fā)明的另一方面，提供確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的系統(tǒng)，其包括，具有至少兩根天線的接收設備，其經配置在至少兩根天線上同時接收同一發(fā)射設備發(fā)射的無線信號，并將所接收的無線信號表示為采樣信道狀態(tài)信息即采樣csi；存儲器，存儲有指令；處理器，其經配置執(zhí)行指令從接收設備接收采樣csi，并根據采樣csi執(zhí)行以下操作：將分別從至少兩個天線中的兩根天線上同時接收的采樣csi進行共軛相乘，以除去接收設備和發(fā)射設備之間的信號的隨機相位偏移，根據除去隨機相位偏移的csi來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

在一個實施例中，確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的系統(tǒng)，還包括執(zhí)行以下操作：處理共軛相乘后的采樣csi，使其每個都減去全部共軛相乘后的采樣csi所計算的平均值，以消除靜態(tài)路徑信號成分；根據經處理的消除靜態(tài)路徑信號成分的csi確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

在另一個實施例中，確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的系統(tǒng)，還包括執(zhí)行以下操作：將經處理的消除靜態(tài)路徑信號成分的csi中包含的各個子載波的csi信息作為采樣的快照，構造csi矩陣并利用多重信號分類算法即music確定頻率譜，并根據頻率譜來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

在又一個實施例中，確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的系統(tǒng)，進一步包括執(zhí)行選擇頻率譜中的最高譜峰對應的頻率值作為運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的操作。

在一個實施例中，確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的系統(tǒng)中的接收設備包括wifi信號接收設備或rfid閱讀器。

根據本發(fā)明的又一方面，提供一種計算機可讀存儲介質，其存儲有經配置有處理器執(zhí)行的指令，該指令使得計算機執(zhí)行上述確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的操作。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：提供一種確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法。本發(fā)明利用2根天線上的信道狀態(tài)信息即csi的共軛相乘，消除了無線收發(fā)設備不同步導致的隨機相移，使得能夠從信道狀態(tài)信息的相位信息中獲取到完整的多普勒頻移信息——包括大小和方向。本發(fā)明通過移除均值的方式，移除靜態(tài)路徑信號成分，消除了靜態(tài)路徑的頻率信息對多普勒頻移估計的影響，從而更加準確地確定頻率。本發(fā)明利用多重信號分類算法(multiplesignalclassification(music))，根據實際采樣間隔估計頻率譜，避免了實際無線收發(fā)系統(tǒng)采樣不均勻對確定的頻率精度的影響。

本發(fā)明提供方法對設備要求低，在一些常見商業(yè)無線信號收發(fā)器上實現，接收設備需要具有2根以上的天線就能實現，不需要改動硬件，因此，本發(fā)明提供的技術方案能夠部署在常見的商業(yè)無線設備上(如wifi網卡、wifi路由器等)，實施快速、方便，低成本，高效益。

附圖說明

圖1是根據本發(fā)明的一個實施例中搭建的wi-fi信號收發(fā)系統(tǒng)；

其中，a為發(fā)射端(wi-fi設備)；b為接收端(wi-fi網卡支持三根天線口，分別連接三根天線)。

圖2為根據本發(fā)明的一個實施例中確定運動的人的直接反射無線信號的多普勒頻移的方法流程框圖。

圖3為根據本發(fā)明的一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。

圖4為根據本發(fā)明的另一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。

圖5為根據本發(fā)明的又一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。

圖6為根據本發(fā)明的一個實施例的操作用于確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法的系統(tǒng)。

圖7為根據本發(fā)明的一個實施例的以方框圖的形式描述的數據處理系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例進一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供一種確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法，基于無線信號多天線收發(fā)系統(tǒng)和處理服務器(處理系統(tǒng))，利用多天線上的信道狀態(tài)信息csi共軛相乘消除收發(fā)設備不同步導致的隨機相移，通過減去均值的方式在移除靜態(tài)路徑信號成分后，以不同子載波上的csi采樣作為快照，利用多重信號分類算法(multiplesignalclassification(music))獲得頻率譜，進而提取出目標物體直接反射的信號的多普勒頻移。

在本發(fā)明的一個實施例中，無線信號發(fā)射設備可以為wifi設備；無線信號接收設備可以為wifi設備；無線信號可以為2.4ghz或5ghz信號。常見的商用wi-fi網卡支持連接三根天線(如圖1所示)。本發(fā)明需要使用2根天線上的csi信息，在本實例中假設使用的csi信息是圖1所示的接收端的1號天線和2號天線上測量得到的csi信息。

一種用于確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法，包括如下步驟：

1)搭建無線信號天線陣列收發(fā)系統(tǒng)，如商用wifi收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；接收端具有多根天線能同時接收無線信號，如5ghz的wif信號；

2)接收端采集不同天線上的信道狀態(tài)信息csi；

3)將天線1和天線2上的csi共軛相乘得到消除隨機相移的csi采樣；

4)當收集夠60個csi采樣(具體采樣數和采樣頻率由實際應用決定，本發(fā)明實施例中，200hz采樣率，60個csi采樣進行一次頻率估計)，給每個csi采樣減去這60個csi采樣的均值，移除靜態(tài)路徑信號成分；

在一些實施例中，可以一邊進行csi采樣，一邊對每個csi采樣利用步驟2)共軛相乘的方式消除隨機相移，也可以收集夠60個csi采樣后統(tǒng)一對每個csi采樣做共軛相乘消除隨機相移；但是步驟4)中的通過減去平均值移除靜態(tài)路徑信號成分的操作是在收集夠60個csi采樣后進行。

5)以每個csi采樣中包含的各個子載波的csi信息作為該采樣的快照(本發(fā)明實施例中，每個csi采樣包含了30個子載波的csi信息)，構造csi矩陣，然后利用music計算頻率譜；

6)選擇頻率譜中最高譜峰對應的頻率值為目標運動目標直接反射的無線信號的多普勒頻移。

在其他實施中，還可以選擇其他無線設備，例如選擇rfid標簽作為無線信號發(fā)射設備(有源rfid標簽或無源rfid標簽)；無線信號接收設備為rfid閱讀器；無線信號為rfid設備所使用的無線信號。

本發(fā)明的另一實施例中，采用常見wi-fi設備作為信號發(fā)射端，用日常商業(yè)wifi網卡(如intel5300網卡、atherosar9580網卡、atherosar9590網卡等)安裝在一臺個人電腦上作為信號接收端，有一個人在傳輸環(huán)境內自由活動，用本發(fā)明提供方法來識別該活動的人的直接反射信號的多普勒頻移，包括如下步驟：

1)搭建系統(tǒng)：

用商業(yè)wifi網卡搭建多天線wifi接收機，如圖1所示是一個支持3天線的接收機示意圖。本發(fā)明實例中采用intel5300網卡來搭建系統(tǒng)，使用5ghz的wifi信號，20mhz帶寬。本實例由1個發(fā)射端、1個接收端、1臺服務器(處理系統(tǒng))組成。

利用該無線信號接收機確定運動物體直接反射的信號的多普勒頻移的具體過程的流程如圖2所示，包括以下步驟：

2)在步驟201中，發(fā)射端使用1根發(fā)射天線，以每秒200個包的速率發(fā)射信號(每個包對應一次信道信息采樣，即每秒200次采樣，這里相當于200hz的采樣率；具體采樣率根據實際需要感知的頻率范圍選擇)，接收端的多根天線同時接收該信號，并采集信道信息發(fā)送給服務器。

在wifi網卡上，信道信息通過信道狀態(tài)信息(csi)來表示，本實例采用intel5300網卡，采用5ghz的wifi信號，20mhz的帶寬；發(fā)射端通過1根天線發(fā)射信號，接收端用3根天線來接收信號，共構成3個收發(fā)天線對；接收端每收到一個wifi信號包(即每一次csi采樣)，接收端的intel5300網卡都會獲得90個csi信息(即3個收發(fā)天線對中的每個天線對會在每一次采樣的30個子載波上獲得30個子載波所對應的30個csi信息，共90個csi信息)。

3)在步驟202中，驗證接收端是否緩存夠60個包的信道信息。若否，則繼續(xù)緩存信道信息，若是，則進行到下一個步驟203；

在圖2的步驟202中，驗證接收端緩存夠60個包的信道信息后進行步驟203中的csi共軛相乘。在一些實施例中，所驗證的信道信息包的個數可以根據實際需要來決定。

4)在步驟203中，對于在t時刻接收到的wifi包，選擇天線1和天線2上采集的csi進行共軛相乘，消除收發(fā)端不同步導致的隨機相移；

在一些實施例中，可以在完成202步驟后再對每個csi采樣進行203步驟；也可以每收集一個csi采樣就對該采樣進行一次203步驟；該順序差異不影響實際結果。

5)在步驟204中，當收集夠60次csi采樣(具體采樣數和采樣頻率由實際應用決定，本發(fā)明實施例中，200hz采樣率，每60次csi采樣進行一次頻率估計)，給每次csi采樣減去這60次采樣的均值，移除靜態(tài)路徑信號成分；

對于wifi網卡，每個包提供一次信道信息采樣，緩存夠足夠數量的包(本實例采用60個，具體數量由采樣頻率和應用需求來決定)并移除靜態(tài)路徑信號成分；。

6)在步驟205中，以每次csi采樣中包含的各個子載波的csi信息作為該采樣的快照，構造csi矩陣，然后利用music計算頻率譜；

對于本實例使用的intel5300wifi網卡，每次csi采樣包含30個子載波的信道信息，因此每次csi采樣包含30個快照，60次csi采樣最終組成60×30的csi矩陣作為music算法的輸入；

7)在步驟206中，選擇頻率譜中最高譜峰對應的頻率作為運動物體直接反射的信號的多普勒頻移。

圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。在步驟301,，無線信號接收端從其至少兩根天線上同時分別接收來自同一發(fā)射端的無線信號；在步驟302，接收端在多個時刻采集天線上的無線信號的信道狀態(tài)信息即csi，并將在同一時刻采集的不同天線上的csi進行共軛相乘；在步驟303，根據共軛相乘后的csi確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移。

在實際應用中，還有可替代的方法同樣能夠實現確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移。本發(fā)明進一步給出以下實施例。

圖4為根據本發(fā)明的另一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。在圖4中，所用系統(tǒng)與圖2所示的實施例搭建的系統(tǒng)相同，并且步驟401、步驟402、步驟403和步驟405分別對應于圖2中的步驟201、步驟202、步驟203和步驟205，它們各自分別執(zhí)行與圖2中所對應的步驟相同的操作，這里為了簡潔起見，不再詳細描述。該實施例中的方法從開始一直進行到步驟404，在步驟404中，用高通濾波器濾除步驟403中共軛相乘后的采樣csi中的多普勒頻移為零的成分(具體濾波參數由實際應用要求確定，但濾波的目的是必須保證濾除多普勒頻移為零的成分)；然后方法進行到步驟405，以濾除多普勒頻移為零的成分后的每次csi采樣中包含的各個子載波的csi信息作為該采樣的快照，構造csi矩陣，然后利用music計算頻率譜；此后又繼續(xù)進行到步驟406，利用所計算出的頻率譜來確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移。在一些實施例中，步驟402所驗證的信道信息包的個數可以根據實際需要來決定。在一些實施例中，可以在完成402步驟后再對每個csi采樣進行403步驟；也可以每收集一個csi采樣就對該采樣進行一次403步驟；該順序差異不影響實際結果。

圖5為根據本發(fā)明的又一個實施例的確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移的方法的流程框圖。在圖5中，所用系統(tǒng)與圖2所示的實施例搭建的系統(tǒng)相同，并且步驟501、步驟502、步驟503和步驟504分別對應于圖2中的步驟201、步驟202、步驟203、步驟204，它們各自分別執(zhí)行與圖2中所對應的步驟相同的操作，這里為了簡潔起見，不再詳細描述。該實施例中的方法從開始一直進行到步驟505，在步驟505中，針對從步驟504中的減去其均值從而移除靜態(tài)路徑信號成分的csi采樣的子載波的csi采樣(例如，[x(f1,t0),x(f1,t0+δt2),…,x(f1,t0+δtm)]，其中f1表示第一個子載波，t0表示第1個csi采樣的時刻，δtm是第m個csi采樣和第1個csi采樣的時間間隔)，利用快速傅里葉變換(fft)法獲取頻率譜；此后該方法繼續(xù)進行到步驟506，利用所計算出的頻率譜來確定運動物體直接反射無線信號的多普勒頻移。在一些實施例中，步驟502所驗證的信道信息包的個數可以根據實際需要來決定。在一些實施例中，可以在完成502步驟后再對每個csi采樣進行503步驟；也可以每收集一個csi采樣就對該采樣進行一次503步驟；該順序差異不影響實際結果。

圖6是根據本發(fā)明的一個實施例的操作用于確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移的方法的系統(tǒng)。在圖3中，無線信號接收設備具有三根天線，該接收設備在其每個天線上同時接收相應無線信號發(fā)射設備發(fā)射的無線信號，并采集所接收的無線信號的信道狀態(tài)信息即csi作為采樣信號，然后將所采樣的csi信號發(fā)送到處理器；該處理器利用存儲在計算機可讀存儲介質上的計算機可執(zhí)行的程序指令對所采樣的csi信號進行相應的處理，從而得到運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。具體地，該系統(tǒng)包括具有至少兩根天線的接收設備(例如圖3所示，具有三根天線，分別為天線1、天線2、天線3)，其經配置同時在天線上接收同一發(fā)射設備發(fā)射的無線信號，并將所接收的無線信號表示為采樣信道狀態(tài)信息即采樣csi；處理器，其經配置從接收設備接收采樣csi，并根據采樣csi執(zhí)行以下操作：將從至少兩個天線上的兩根天線上同時接收的采樣csi進行共軛相乘，以除去接收設備和發(fā)射設備之間的信號的隨機相位偏移，根據除去隨機相位偏移的csi來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。在另一個實施例中，該系統(tǒng)還可以執(zhí)行如下操作：處理共軛相乘后的采樣csi，使其每個都減去全部共軛相乘后的采樣csi所計算的平均值，以消除靜態(tài)路徑信號成分；根據經處理的消除靜態(tài)路徑信號成分的csi確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。在又一個實施例中，該系統(tǒng)還可以執(zhí)行如下操作：將經處理的消除靜態(tài)路徑信號成分的csi中包含的各個子載波的csi信息作為采樣的快照，構造csi矩陣并利用多重信號分類算法即music確定頻率譜，并根據頻率譜來確定運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。此外，在一個實施例中，該系統(tǒng)還可以執(zhí)行如下操作：選擇頻率譜中的最高譜峰對應的頻率值作為運動物體直接反射的無線信號的多普勒頻移。

本領域技術人員將理解的是，結合本文描述的示例描述的各種說明性邏輯塊、模塊和算法部件可以實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。此外，實施例還能夠體現在非臨時性機器可讀介質上，使得處理器或計算機執(zhí)行或運行特定功能。

為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，各種說明性組件、塊、模塊、電路和處理部件已經就他們的功能在上面總體進行了描述。這些功能是否被實施為硬件或軟件取決于施加于總系統(tǒng)上的特定應用程序和設計約束。熟練技術人員可以為每個特定應用程序以各種方式實施描述的功能，但是這種實施決策不應當解釋為脫離公開的裝置和方法的保護范圍。

結合本文公開的示例描述的方法或算法的部件可以直接以硬件、處理器運行的軟件模塊或兩者的組合體現。方法和算法的部件還可以與示例中提供的順序交替的順序執(zhí)行。軟件模塊可以駐留在ram存儲器、閃存存儲器、rom存儲器、eprom存儲器、eeprom存儲器、寄存器、硬盤、可移除盤、光盤或任何其他形式的本領域已知的存儲介質。示例性存儲介質連接到處理器，使得處理器能夠從存儲介質讀取信息并向其寫入信息。在替代選擇中，存儲介質可以與處理器是一體的。處理器和存儲介質可以駐留在專用集成電路(asic)中。

圖7以方框圖的形式描述了數據處理系統(tǒng)。數據處理系統(tǒng)700可用于實施本發(fā)明中的各種系統(tǒng)。

如圖所示，數據處理系統(tǒng)700包括通信架構702，其提供處理器單元704、存儲裝置706、通信單元708、輸入/輸出單元710和顯示器之間的通信。在一些情形中，通信架構702可以被實施為總線系統(tǒng)。

處理器單元704被配置為執(zhí)行軟件的指令從而執(zhí)行若干操作。處理器單元704根據實施可以包括若干處理器、多核處理器和/或一些其他類型的處理器。在一些情形中，處理器單元704可以采用硬件單元的形式，例如，電路系統(tǒng)、專用集成電路(asic)、可編程邏輯器件或一些其他合適類型的硬件單元。

處理器單元704運行的操作系統(tǒng)的指令、應用程序和/或程序可位于存儲裝置706中。存儲裝置706可以通過通信架構702與處理器單元704通信。如本文所用的，存儲裝置也被稱為計算機可讀存儲裝置，是任何能夠將信息暫存和/或永久性存儲的任何一件硬件。該信息可以包括，但不限于，數據、程序代碼和/或其他信息。

存儲器714和持久存儲器716是存儲裝置706的實例。存儲器714可以采用，例如隨機存取存儲器或一些易失性或非易失性存儲裝置的形式。持久存儲器716可以包括任何數量的組件和裝置。例如，持久存儲器716可以包括硬件設備、閃存、可重寫光盤、可重寫磁帶或上述其他組合。持久存儲器716使用的媒介可以是或可以不是可拆卸的。

通信單元708允許數據處理系統(tǒng)700與其他數據處理系統(tǒng)和/或設備通信。通信單元708可以使用物理和/或無線通信鏈路提供通信。

輸入/輸出單元710允許從與數據處理系統(tǒng)700相連的其他設備處接收輸入和發(fā)送輸出。例如，輸入/輸出單元710可以允許用戶通過鍵盤、鼠標和/或一些其他類型輸入設備接收輸入。作為另一個例子，輸入/輸出單元710可以允許發(fā)送輸出至與數據處理系統(tǒng)700相連的打印機。

顯示器712被配置為向用戶顯示信息。顯示器712可以包括，例如，但不限于，監(jiān)視器、觸摸屏、激光顯示器、全息顯示器、虛擬顯示設備和/或一些其他類型顯示設備。

在這個示例性實例中，通過處理器單元704使用計算機實施指令可以執(zhí)行不同示例性實施例的過程。這些指令可以被稱為程序代碼、計算機可用程序指令或計算機可讀程序代碼，而且處理器單元704中的一個或更多處理器可以讀取和執(zhí)行。

在這些實例中，程序代碼718以功能性形式位于計算機可讀介質720中，而且可以被加載到或被傳輸到數據處理系統(tǒng)700以被處理器單元執(zhí)行，其中計算機可讀介質720可以被選擇性拆卸。程序代碼718和計算機可讀介質720共同形成計算機程序產品722。在這個示例性實例中，計算機可讀介質720可以是計算機可讀存儲介質724或計算機可讀信號介質726。

計算機可讀存儲介質724是用于存儲程序代碼718的物理的或有形存儲設備而不是傳播或傳輸程序代碼718的媒介。計算機可讀存儲設備724可以是，例如，但不限于，與數據處理系統(tǒng)相連的光或磁盤或持續(xù)存儲設備。

可替換地，使用計算機可讀信號介質可以將程序代碼718傳輸到數據處理系統(tǒng)700中。計算機可讀信號介質726可以是，例如，包含程序代碼718的傳播的數據信號。該數據信號可以是電磁信號、光信號和/或一些其他能夠通過物理和/或無線通信鏈路傳輸的信號。

圖7所示的數據處理系統(tǒng)700并不意圖提供可以實施這些示例性實施例的方式的結構限制。可以實施不同示例性實施例的數據處理系統(tǒng)包括附加組件或替代數據處理系統(tǒng)700所示的那些組件的組件。此外，圖7中所示組件可以與所示實例中的不同。

需要注意的是，本發(fā)明所公開的實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，提供之前公開的示例的描述使得本領域任何技術人員制造或使用公開的方法和裝置。這些示例的各種替換和修改對于本領域技術人員來說是都是可能，并且本文限定的原理可以應用到其他實例中，而不脫離公開的方法和裝置的精神或范圍。在各個方面描述的實施例應當被視為說明性的而不是限制性的，因此本公開的范圍由所附權利要求書而不是前面的描述指示。落入權利要求書的等價含義和范圍的所有改變都將納入權利要求書的范圍。