基于多普勒频移的非接触式设备交互研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于多普勒频移的非接触式设备交互研究作者姓名陈思凝学位类别工程硕士指导教师刘文远教授2016年5月中图分类号：TP311学校代码：10216UDC：654密级：公开工程硕士学位论文（工程设计型）基于多普勒频移的非接触式设备交互研究硕士研究生：陈思凝导师：刘文远教授副导师张淑杰高工申请学位：工程硕士工程领域：计算机技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerTechnologyRESEARCHONTHENON-CONTACTEQUIPMENTINTER

2、ACTIONBASEDONTHEDOPPLERSHIFTbyChenSiningSupervisorProfessorLiuWenyuanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于多普勒频移的非接触式设备交互研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于多普

3、勒频移的非接触式设备交互研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要随着普适计算的发展和智能终端的普及，人们对人机交互的水平和质量不断提出新的

4、要求，人与设备之间进行交互的信息更加丰富多样。基于广泛使用的智能移动设备及其低功耗传感器，本文提出了一个在家庭环境内的设备交互方法，即基于传感器—麦克风和扬声器收发高频声音，利用新颖的基于多普勒效应的声学技术，结合不同的指向手势动作，实现对家居设备的互动选择。首先，对多普勒信号的产生及特征进行分析，由于环境中存在嘈杂和高频声波噪音，要成功提取多普勒频移，需要通过带通音频信号处理技术实现对环境的鲁棒性。为了提高系统的响应速率及频域分辨率，通过利用欠采样技术和短时傅里叶变换分析随时间变化的频谱，测量多普勒频移并寻找峰值频率。其次，在分析多普勒频移与手势的映射关系的基础上提出新的设备交互方法。

5、多普勒频移的正负可以用来确定手势的方向，利用频移变化提出对应不同交互场景的手势类别。利用Goertzel算法进行谱峰边界查找，根据频谱中提取的特征，进一步得出用户手势移动的方向，并作为观测值输入分类模型中，以实现用户手势的实时识别。再次，鉴于隐马尔可夫对时序信号具有良好的建模能力，采用HMM进行手势识别，实现频移与手势的对应分类。通过估计设备之间相对频移的变化，目标设备估计测得的频移值，用户设备根据具体场景和不同手势设定的要求做特定手势，识别并连接有特定频移强度的设备。若一个非目标设备也位于传输范围内，可有效避免与其连接。最后，通过多类型移动设备采集相关数据，并设计完整的模拟实验并通过M

6、atlab进行仿真，对本论文提出的室内设备交互方法进行性能分析。关键词：音频感知；多普勒效应；设备匹配；手势识别-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofpervasivecomputingandtheintelligentterminal,theinteractionbetweenpeopleandequipmentbecomesmorediverse.Basedonthewidelyuseofmobiledevicesandlowpowersensors,thispaperputsforwardadeviceinteractionmetho

7、dwithinthehomeenvironment,whichusestheacousticsensorstosendandreceivehigh-frequencysound,usingtheacoustictechnologybasedondopplereffect,combiningwithpointinggestures,realizetheinteractionselectionbetweenthehouseholdequ