[发明专利]一种基于WiFi的船舶驾驶室人员数量检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于WiFi的船舶驾驶室人员数量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)部署设备采集船舶驾驶室内表征环境状态的无线信号得到原始数据信号；其中，将船舶驾驶室内无人员状态下采集的WiFi信号作为静态基准数据；

2)对原始数据信号进行解析，得到CSI信号；获得CSI信号的信道频率响应和单个子载波的信道频率响应；

CSI信号的信道频率响应公式为：

Y(f,t)＝H(f,t)×X(f,t)

其中，Y(f,t)为t时刻接收端信号的频域表示，X(f,t)为t时刻发射端信号的频域表示，H(f,t)为t时刻的信道频率响应；

单个子载波的信道频率响应为：

H(f_k)＝[H(f₁),H(f₂),…，H(f_N)]

其中，H(f_k)为中心频率为f_k的第k个子载波的CSI信息，||H(f_k)||为子载波的幅度信息，∠H(f_k)为子载波的相位信息；

3)对获得的CSI信号进行预处理，筛选出对环境感知敏感程度高的n个子载波；具体如下：

筛选出对人员数量敏感的子载波，利用KL散度来衡量子载波对环境感知敏感程度的差异性，根据KL散度的定义和公式计算此时采集到的CSI数据与标准静态环境中的CSI数据之间的KL散度DKL(k)，是一组30维的向量，其中包含了当前环境下的30个子载波与标准静态环境中的30个子载波分布之间的KL散度信息；

其中，P和Q分别表示当前环境和标准环境下两种分布的概率密度，k表示子载波数量；

KL散度越大，则表示分布之间的差异越大，因此直接比较30个子载波的KL散度，保留KL散度最大的n个子载波{k|max[DKL(k)]}作为敏感子载波，用作人员数量检测的基础数据；

4)对筛选出的子载波信号进行频域和时域特征提取，得到CSI特征信号；

4.1)对所述CSI信号进行预处理，以获得其时域和频域信息，其中，CSI信号进行预处理得到真实相位的方法为：

其中，为真实相位，k_i为子载波标签，φ_i为第i个子载波测得的相位；

的具体表达式为：

其中δ为时间偏移，β为载波频率偏移带来的相位误差，Z为噪声干扰；

其中，系数a与b的表达式为：

如果子载波频率是对称的，则

5)提取一个滑动窗口W内连续的CSI信号，分析其时域和频域信息，计算出在该信息下不同人员数量的统计特征；

6)对计算得到的人员数量统计特征，利用支持向量机算法进行分类识别，识别船舶驾驶室值班人员数量。

2.根据权利要求1所述的基于WiFi的船舶驾驶室人员数量检测方法，其特征在于，所述步骤4)中分析其时域和频域信息，具体如下：

CSI的信道冲击响应反映的是CSI的能量-时延分布关系，公式如下，即能量h(τ)与时延τ之间的分布关系。

其中，其中a_i、θ_i和τ_i分别表示第i条路径的幅度衰减、相位偏移和时延，N为信号传播路径总数量。

信号传播信道的功率时延分布是在一个区域之内计算|h(τ)|²对空间的平均值，因此，信道的功率延时分布表示为：

其中，λ表示信号增益，与信号发射和接受的功率相关；结合信号的强度与到达时间分布之间的联合关系，通过平均过量延时来评估信道的时延特性：

τ_m为第m个可侦测得到的接收信号脉冲的信号时延。